CONOZCAMOS EL CAMBER GRACIAS A LAS CÁMARAS TÉRMICAS

 

Bueno amigos, quiero terminar el año haciendo un pequeño artículo sobre uno de los elementos que más ha sorprendido este año. No, no estoy hablando de una pieza en concreto de algún coche, esta vez me refiero a una camaritas cuyas imágenes este año  ha decidido mostrar al resto de los mortales la realización televisiva de la FOM. Me estoy refiriendo a las cámaras térmicas.

Hasta este año, dichas imágenes eran un secreto  aunque su utilización está muy extendida en la F1. Son unos dispositivos vitales para la medición de temperaturas en elementos donde es muy difícil colocar algún sensor o tira térmica como es el caso de las ruedas.

Antes de nada daré unas nociones básicas sobre este aparato y posteriormente veremos un ejemplo práctico para poder interpretar sus imagenes.

¿Qué es una cámara térmica o de infrarrojos?
Es un dispositivo que es capaz de medir las emisiones de infrarrojos medios del espectro electromagnético que emana de los cuerpos. En cristiano, el infrarrojo el calor que emite un objeto. Como sabéis, el calor no se puede ver. Podréis ver las llamas pero no el calor que irradia. Para verlo, es necesaria esta cámara ya que es capaz de formar una serie de imágenes luminosas que son visibles para el ojo humano a partir del calor emitido.
Las cámaras operan con longitudes de onda en la zona del infrarrojo térmico, que se considera entre 3 µm y 14 µm. Como sabéis todos los cuerpos emiten una cierta cantidad de radiación infrarroja en función de su temperatura. Generalmente, los objetos con mayor temperatura emiten más radiación infrarroja que los que poseen menor temperatura.

Cámaras de infrarrojas hay muchas. Unas pueden generar imágenes monocromáticas, porque  utilizan un sólo tipo de sensor que percibe solo una banda concreta de longitudes de onda infrarroja, mostrando imágenes en blanco, en las áreas más calientes y negro en las menos con matices grises los grados de temperatura intermedios.

Cámara térmica mirando hacia las ruedas del F138.

En el caso que nos concierne, se utilizan unas cámaras que procesan las imágenes para que se muestren coloreadas, porque son más fáciles de interpretar con la vista. Pero esos colores no corresponden a la radiación infrarroja percibida, sino que la cámara los asigna arbitrariamente, de acuerdo al rango de intensidad de particular longitud de onda infrarroja, por eso se llaman falsos colores o pseudocolores.
Los tonos oscuros o azulados muestran las partes más frías. Los tonos calidos, del amarillo al naranja nos indican las temperaturas intermedias, siendo el rojo el que nos indica las zonas más calientes. Realmente este es un sistema aleatorio. Esta gama de colores son los más comunes en este tipo de imágenes pero se puede asignar de forma arbitraria. Como veremos posteriormente en las imágenes tomadas de los F1 las zonas más calientes están representadas por los blancos y amarillos, siendo el rojo la zona intermedia de temperatura.

Para poder interpretar correctamente el calor emanado sería necesaria una escala de temperaturas como vemos a continuación. En la F1 es un secreto. La FIA modificó ese patrón para evitar suministrar información confidencial a los demás equipos ya que muchos eran reacios a que estas imágenes se mostraran ya que desvelan pistas sobre cómo algunos configuran los coches.
 
Bien, no quiero profundizar demasiado en el funcionamiento de las cámaras para centrarnos en lo que nos interesa. Os mostraré y explicaré con un ejemplo el funcionamiento de una de las configuraciones de set up que se realizan en el coche durante cada Gran Premio utilizando las termografías. Se me ocurrió viendo una carrera y me parece muy interesante para instruir a los poco avanzados en conceptos  técnicos. Hoy veremos el ángulo de inclinación o caída de las ruedas, más conocido como Camber.

¿Qué es el Camber?
Esta es la medición del ángulo entre el eje vertical de las ruedas y el eje vertical del vehículo visto desde la parte delantera. Con una imagen se aclara rápidamente el concepto.

Un Camber negativo significa que las dos ruedas se inclinan hacia adentro en la parte superior y si es positivo pues sería la parte inferior de la rueda la que hacia afuera. Así, por ejemplo un valor de -3 grados nos indica que las ruedas se inclinan hacia adentro en 3 grados respecto a la línea central.

La función del Camber es la de distribuir el peso del vehículo sobre la superficie de los neumáticos para evitar el desgaste desigual en los mismos aunque el al F1 se utiliza para una función extra. Veamos qué hace los equipos.

Todos, en mayor o menor medida  prefieren trabajar con ángulos  de caída de las ruedas  negativos, siendo Red Bull es el más extremo, generalmente con ángulos de caída de -4. ¿Por qué? Al inclinar la rueda se consigue dos cosas:

A- Menor superficie de contacto del neumático al suelo en recta.

Cuando un F1 está en una recta lo que intentan todos los ingenieros  es que se reduzca el máximo posible la resistencia al avance del coche para conseguir la máxima velocidad. La aerodinámica es la principal causa de resistencia al avance del coche (drag) pero hay otro elemento que también genera drag, las ruedas. Al inclinar las ruedas, se reduce la superficie de contacto del neumático con el suelo y esta resistencia es menor. Esto lo saben bien los que hacen ciclismo. Cuando se utiliza una bicicleta de carretera se va mucho más rápido que con una de montaña. El peso y la resistencia aerodinámica de la primera es menor pero sobre todo, lo que se nota es la diferencia en el tamaño de las cubiertas. Las de montaña son más gordas, hay mucha superficie de contacto con el suelo (banda de rodadura) para generar agarre y estabilidad en pistas de tierra pero cuando se rueda en carretera genera mucha resistencia. Si utilizar una de carretera, la banda de rodadura es mucho menor (1/5 de la de montaña) ya que no se busca la tracción ya que el asfalto es duro y estable, algo que no sucede con la tierra que está suelta. Por tanto, en estas condiciones la resistencia es mínima.  

Pues a un F1 le sucede lo mismo. En recta no se busca estabilidad, se busca velocidad. Por tanto, a mayor camber, menor superficie, menor resistencia. Se disminuye la estabilidad pero al descargar todo el peso del tren delantero del coche en una superficie menor, esa zona ejerce más fuerza contra el suelo y se mejora el agarre.

Veamos este caso en una imagen termográfica. Solo la zona interna alcanza una temperatura alta al rozar con el suelo. El resto del neumático como no está en contacto con el suelo se enfría gracias al aire que recibe en el avance del coche disminuyendo su temperatura y alcanzando tonos azulados.

Esto genera un desgaste desigual de las ruedas. Siempre la parte interna del neumático se verá más desgastada que la externa pero resulta engañoso. Generalmente, gran parte del tiempo de un F1 en carrera se están trazando curvas donde las ruedas sufren más estrés  que en recta ya que hay menos fuerzas actuando sobre él y el sufrimiento del compuesto es más bajo.

Distintos niveles de Camber.

 B- Mayor superficie de contacto del neumático al suelo en curva.

En curva, la cosa cambia. Si se reduce la superficie de contacto en curva se pierde estabilidad y el coche se vuelve inestable. Por tanto, cuanto mayor sea la superficie del neumático utilizable más rápido se transita por esas zonas. Pues eso es lo que se consigue con el camber que unido a unos  niveles bajos de presión de las ruedas delanteras hace que la superficie de contacto entre la goma y el asfalto sea grande en curvas, lo cual le da más agarre y  estabilidad en esas zonas.

En esta fase intervienes la distribución de los pesos del coche. Al tomar las curvas, las fuerzas laterales a las que se ve sometido el neumático le dan una ganancia de camber positiva, es decir, las ruedas se ponen un poco más rectas ganando en prestaciones. Veamos la  imagen.  En ella se aprecia  el instante donde el coche empieza a trazar la curva. La zona interna sigue estando más caliente pero se aprecia como toda la superficie del neumático está trabajando.

Como es lógico, dependiendo de la intensidad del giro que realiza el coche, la distribución de pesos será mayor o menor y afectará de forma desigual a las ruedas como vemos en la imagen de abajo. Siempre las ruedas situadas en el exterior de la curva llevarán más carga de peso y alcanzarán mayores temperaturas.

Giro a la derecha                                                                                     Giro a la izquierda

¿Qué pasaría si el camber fuera cero? Pues en recta toda la superficie del neumático estaría en contacto, se aumentaría el drag. En este caso la tracción sería algo mayor al tener el coche mayor superficie de contacto. En curva, las fuerzas laterales inclinarían las ruedas haciendo la superficie de contacto disminuyera  en las zonas internas de la rueda y se perdería estabilidad.
Por tanto, lo ideal en un F1 sería que las ruedas delanteras fueras muy estrechas para ser rápidos en las recta, las ruedas de una motocicleta por ejemplo  y en curva las cubiertas fueran lo más anchas posibles pero eso no se puede hacer. Hay un estándar que determina la FIA y todos se tienen que regir por él.
Siempre que hablamos de Camber lo hacemos de las ruedas situadas en el tren delantero. En el trasero la cosa cambia. En esa zona, la mayor carga de peso y sobre todo la tracción es la que gana. Los F1 tienen tracción trasera y para conseguir el mayor valor de tracción posible hay que utilizar toda la banda de rodadura de la rueda para generarla. Por eso el angulo de caída trasero tiene valores muy inferiores que el delantero, del orden del -1 aunque normalmente suele ser cero.  

Por último os dejo una secuencia de tránsito entre recta y curva para ver el cambio, eso sí, frenada incluida y otra de de unas enlazadas donde se aprecia la alternancia de la carga en las ruedas.

Bueno amigos, espero os haya gustado. Creo que ha sido muy interesante conocer un valor del Set Up del coche desde el punto de vista nuevo que nos ha dado la FOM. !Feliz Año a todos!

CAJA DE CAMBIOS EN F1. PARTE 2: CÓMO FUNCIONAN

Bueno amigos, si hace algunos días empezamos a conocer algunos conceptos básicos sobre el maravillosos mundo de las cajas de cambio hoy vamos a ir profundizando poco a poco en el conocimiento de sus partes y su funcionamiento.
Los coches de F1 usan una transmisión muy convencional, pero adoptan sistemas de control muy avanzadas para su funcionamiento. La mayoría de las piezas, en mayor o menor medida son iguales a las que pueda  tener cualquiera de nuestros coches de calle pero hay otras que son muy sofisticadas y casi nada se sabe de ellas. Estoy hablando de los sincronizadores, el gran secreto de cada equipo. Pero eso lo veremos luego. Pues nada, abróchense el cinturón que nos ponemos en marcha de nuevo.
En esencia, las transmisiones en la F1 usan un embrague, un cambio manual de siete a ocho velocidades a partir del 2014, que transfiere la potencia del motor a las ruedas traseras a través de un diferencial. La reducción de peso es crítica en estos componentes, ya que es un porcentaje bastante alto del  peso total del coche y sobre todo es importante por su ubicación. Al estar tan atrás altera mucho el centro de gravedad del coche, de ahí que todos trabajen para reducir al máximo su peso.
Ahora vamos a adentrarnos enla caja de cambios para ver sus partes. Hay varios tipos dependiendo de su estructura y funcionamiento. Las hay de dos o tres ejes, automáticos, etc. pero nos vamos a centrar en los utilizados en la máxima competición del motor. Desde la introducción por parte de Ferrari de la caja de cambios semi automática y el posterior desarrollo de Williams de la caja automática semi secuencial, el sistema de control y de gestión  del accionamiento hidráulico que realiza la sincronización de la caja de cambios se ha convertido en algo tan importante como la mecánica. El término semi automática no se debe confundir con los sistemas automáticos utilizados en los coches de calle donde es el ordenador de a bordo quien realiza todos los cambios de marcha sin la necesidad de que el conductor intervenga para nada. En un F1, el piloto realiza la selección de marchas. Esto se hace manualmente pero la realización del cambio es administrado de manera automática por la electrónica y la hidráulica. 
Voy a describir sus partes y si tengo tiempo, su funcionamiento.

Embragues 

Embrague de un F1.

El embrague de un F1 es una pequeña pieza de ingeniería que completa un trabajo increíble de transmitir los 800 caballos de fuerza del tren de potencia a través de la caja de cambios. Con un peso inferior a 1,3 kg y sólo 97 mm de diámetro, el pequeño embrague es torturado cada vez que el piloto lo acciona para comenzar la carrera, en paradas en boxes o salir del garaje. Está montado en la caja de cambios y su función es separa el motor de la transmisión. Se activa únicamente bajo el control del piloto a través de las levas del volante. El encargado de activarlo es el sistema principal de control hidráulico coches.

Está prohibido el uso de ningún sistema electrónico que lo active. Bueno, matizo, hay uno que si está permitido. La única vez que el embrague no es controlado por el piloto y sí por la electrónica que actúa sobre el sistema de control hidráulico es cuando el coche detecta una pérdida de sustentación. Veamos un ejemplo, cuando un coche tiene un incidente en pista y  sus revoluciones son demasiado bajas, antes de que se cale la ECU detecta la caída de revoluciones y activa el sistema antibloqueo. Este sistema es legal. El piloto tiene que reiniciar el sistema con el fin de recuperar el control del embrague. Es tan efectivo que rara vez vemos un coche retirado porque se le ha parado el motor.
En detalle, el embrague se compone  pocos componentes. Usan placas de carbono-carbono, que le permite bien soportar el calor creado a partir de los cambios de marcha y la marcha del coche. Estas superficies de fricción se sitúan dentro de una cesta que las contiene y son las encargadas de producir una fuerza de cierre lo suficientemente alta para asegurar que la potencia del motor se transmite sin deslizamiento. Como vemos, el embrague está desactivado el 99.9% del tiempo, es decir, que sus discos están unidos entre si permitiendo que la transmisión este conectada. Utilizando el ejemplo del artículo anterior, la bombilla está encendida. Recordar que  cuando se pulsa la leva es cuando se activa el embrague y se separan sus discos (luz apagada). Por tanto es fundamental que trabaje bien cuando esta desactivado y de ello se encarga la zona de  placas de carbono y la rigidez del resorte del embrague. Para conseguir un funcionamiento óptimo  se requieren muchas placas o que placas sean más grandes para asegurar el embrague puede soportar las cargas sin muelles que sean excesivamente pesados.

Si la fuerza de sujeción es crítica, su tamaño no lo es menos. El tamaño del embragues  dictar la altura del eje del cigüeñal, y por tanto del motor. Antiguamente, reducido su tamaño ayudaba a los diseñadores de motores a poder bajar la altura del motor lo máximo posible, siempre que el cigüeñal se lo permita. Ahora la altura del cigüeñal F1 está ahora establecido por las normas en 56mm, ya no son necesarios los embragues demasiado pequeños aunque siempre contará con un peso menos en general. Inconvenientes de su tamaño. Como se genera una enorme cantidad de fricción dentro de un espacio tan pequeño hace que el calor sea el gran problema de su diseño. Los discos llegan a alcanzar los 900ºC.
Bueno, una vez repasado el embrague, seguimos con el resto de los componentes. Ahora vamos a adentrarnos dentro de la caja de cambios para ver sus partes. Hay varios tipos dependiendo de su estructura y funcionamiento. Los hay de dos o tres ejes, automáticos, secuenciales, etc. pero nos vamos a centrar en los utilizados en la máxima competición del motor.  En un F1 el tren de engranajes se encuentra en un eje longitudinal entre el embrague y el diferencial. Se hace así ya que le hace más delgado y eso beneficia a la aerodinámica. La caja es secuencial y está constituido por dos ejes un eje primario recibe el par del motor y lo transmite de forma directa a uno secundario de salida de par que acciona el grupo diferencial. Se llama así porque hay que seleccionar las marchas una a una, de modo secuencial, y no se puede saltar de una a cualquier otra como en los coches de calle.Veamos sus partes detenidamente.   

Árbol o eje primario. Es el eje que se conecta con el embrague. Mantiene la misma velocidad y sentido de giro que el motor. A dicho eje se acoplan una serie de engranajes fijos, es decir, están “soldados”. A estas piezas también se las llamadas piñones de arrastre varían de tamaño para coincidir con los que se sitúan en el secundario. Son fijos ya que a medida que el eje gira, también lo hacen todos los engranajes. El dentado es helicoidal ya que presenta la ventaja de que la transmisión de par se realiza a través de dos dientes simultáneamente en lugar de uno como ocurre con el dentado recto tradicional siendo además la longitud de engrane y la capacidad de carga mayor. Esta mayor suavidad en la transmisión de esfuerzo entre piñones se traduce en un menor ruido global de la caja de cambios. En la marcha atrás se pueden utilizar piñones de dentado recto ya que a pesar de soportar peor la carga su utilización es menor. Si la caja es de siete velocidades, tendrá ese número de engranajes.

Árbol o eje secundario. Este eje y está encargado de conducir el giro transmitido por el eje primario al diferencial. Es el más complejo de los dos. Consta del mismo número de engranajes que el primario pero en este caso hay una gran diferencia. Si decía antes que los engranajes estaban fijos, es decir, giraban cuando el eje giraba, los que monta el secundario están sueltos en el árbol gracias a unos cojinetes. De esta forma, yo puedo hacerlos girar pero el eje no lo hará. A este tipo de engranajes también se les llama engranajes o piñones locos. Un ejemplo. Cuando tenemos el coche en la posición de punto muerto, el motor hace girar todos los engranajes del eje primario, y éstos, por contacto hace que giren todos los piñones locos, pero el coche no se mueve. Pero si están sueltos ¿Cómo transmiten la fuerza de giro al eje secundario? De eso se encarga la joya de la corona, el sincronizador.

Sincronizador. Todos los sincronizadores tienen dos funciones principales. La primera es igualar la velocidad del engranaje a la velocidad del eje tal que la conexión pueda realizarse. Normalmente suelen utilizan fricción para sincronizar las partes en contacto pero no es el único.
Para conseguir que el eje secundario gire junto con el motor es necesario que un sincronizador se engrane a un  piñón locos. Esa es su segunda función principal. Este acople se consigue mediante el uso de cubos sincronizadores. Por un lado, los piñones locos presentan en los laterales un elemento que les permitirán unirse al sincronizador que también tiene el suyo propio. Los hay de muchas formas pero suelen ser del tipo macho-hembra o de conos. Pueden ser oquedades, anillos estriados, conos con estrías, etc. dependiendo de la complejidad. Lo veremos posteriormente pero os dejo una imagen que aclara el concepto. Este sería el sistema más simple.

Los pernos del sincronizador (recuadro azul) encajan en las aberturas del piñón loco.

Partes del sincronizador:

Eje secundario estriado. Pieza amarilla, sincronizador.

Estas piezas tienen unos dientes estriados que coinciden con los montados en el eje. Por tanto, si hago girar el cubo sincronizador, giraría el eje. Pero ¿quién le puede transmitir par de giro al sincronizador? Pues "fácil", un piñón loco. Como he dicho antes, los hay de muchos tipos. Los usado en la F1 son un total misterio. Cada equipo cuenta con el suyo propio y son secretos de estado, pudiendo asimilarse al que veremos a continuación que es de doble sincronización, pero ya os digo, no hay nada seguro.
Sobre este cubo estriado situado en el eje secundario,  se monta una corona desplazable, que también es estriada y dos anillos sincronizadores, uno a cada lado. Estas son las piezas clave del sistema ya que son los anillos los que se acoplan a los piñones locos. Pero tanta palabra rara despista al más pintado. Con una buena foto se ve fácilmente.

Toda esta pieza puede moverse lateralmente sobre el eje, tanto a izquierda como a derecha. Cuando la corona del sincronizador se desplaza  a uno y otro lado se produce el engrane de su estriado interior con el de los anillos sincronizadores, y posteriormente con el piñón correspondiente a la velocidad seleccionada. Antes de lograrse el engrane total se produce un frotamiento entre el anillo sincronizador y el cono del piñón que hace que ambos ejes igualen su velocidad de giro entre ambos ejes. Una vez logrado el engrane total se transmite el movimiento desde el piñón al cubo sincronizador, y de éste al eje secundario.
Lo difícil de este sistema es conseguir que la velocidad de giro del piñón loco coincida con el del anillo sincronizador para poder engranar la marcha. 

Otro ejemplo de sincronizador de última generación.

Bien, ya sabemos cómo se conecta el sincronizador a un piñón loco pero aún queda por conocer un elemento, el eje selector de marchas.

¿Qué es el eje o tambor selector de marchas?

Es una pieza muy simple. Como vimos antes el cubo de sincronización se puede desplazar a un lado u otro del eje secundario. Pues bien, el selector de marcha es el encargado de hacer que el cubo se mueva en la dirección correcta dependiendo de la marcha engranada. El eje que tiene labrado en su superficie unos canales. Los cubos de sincro están acoplado a una horquilla que se une a otro eje que se sitúa paralelo al eje selector de marchas.
De la cabeza de la horquilla sobresale un pequeño perno que encaja con el canal situado en el selector esos canales como vemos en la imagen lateral.

El mecanismo es muy sencillo. Si giramos el eje selector produciremos un desplazamiento de la horquilla y por consiguiente, del sincronizador.   

Bueno, pues ya lo tenemos todo. Ahora vemos como se realiza todo el proceso del cambio de marchas.

CAMBIO DE MARCHAS.
Una vez que tenemos cual es la función de cada pieza resulta más fácil la explicación. Vamos a ver como se realiza el cambio en un coche de calle y luego lo haré con un F1.
Partimos de la posición de punto muerto. El piloto acciona el embrague y acciona la palanca de marchas para poner la primera. El eje selector gira y desplaza el sincronizador para acoplarlo con el piñón loco de primera velocidad.. El piloto suelta el embrague y la transmisión se acopla y empieza a girar el eje primario cuando se inicia la aceleración.

Para engranar la segunda, hay que volver a pisar el embrague para cortar la transmisión y levantar el pie del acelerador para bajar las revoluciones del motor. Cuando desengranamos la primera para poner la segunda, el tambor selector gira de nuevo haciendo que el sincronizador se separe del piñón anterior, se ponga en punto muerto y se desplace hacia el lado contrario para acoplarse con el de segunda velocidad. El conductor suelta el embrague, acelera y listo. Así sucesivamente con el resto de velocidades. El sistema es igual siempre.

Bien, en F1 el sistema es parecido pero en esta ocasión el embrague es la gran diferencia. Como en el caso anterior, la potencia tiene que ser interrumpida mientras que el anillo del sincronizador se desacopla de un conjunto de engranajes y para unirse con el siguiente gracias al embrague (solo en las ocasiones antes mencionadas) y a la retirada el acelerador. En un F1, la electrónica es la encargada de cortar brevemente el encendido. 
Cuando el piloto quiere seleccionar una nueva marcha (arriba o abajo), suceden dos cosas a la vez. Por un lado se realiza la selección de la nueva velocidad  y por otro la deselección del engranajes anterior. La electrónica y los ordenadores de a bordo que controlan las cajas de cambios de competición pueden predecir cuál será la próxima selección gracias a los datos procedentes de la aceleración, revoluciones del motor, las ruedas, etc.  y llevar a cabo algunos de los cálculos con antelación y preparar el sistema para la siguiente acción. ¿Quién se encarga de todo? El cerebro del F1, la ECU. Un error de cálculo pequeño y el equipo podría tener un problema.



Cuando el piloto decide utilizar otra marcha, el sistema electrónico ya tiene decidido el calendario del tambor selector y el accionamiento del embrague, junto con el corte del encendido para cambios ascendentes y lo contrario, el aumento de revoluciones para el descendente. Esto asegura que la secuencia necesaria para introducir la siguiente marcha sea la correcta para la velocidad de giro del motor y evitar posibles errores (es decir, poner la primera marcha cuando se va toda velocidad en segunda). En lugar de depender de la fricción de los sincronizadores, o el controlador para gestionar la velocidad del motor, la ECU, ya sea modificando el encendido o bajando el aporte del combustible al pistón, asegura que el proceso de engranaje puedan  girar a la velocidad correcta y se puedan acoplar. Hay métodos que dejarían a 0 el tiempo de intervalo entre cambio  de marchas que en un F1 es de 0.3 seg. Son los sistemas de doble embrague pero están prohibidos por la FIA. 
Bueno amigos, aquí dejo el tema. Seguramente haga un tercer artículo sobre la relaciones de cambio y dejar el tema zanjado, pero eso será otra historia.




 

CAJA DE CAMBIOS EN F1. PARTE 1: CONCEPTOS BÁSICOS

Bueno amigos, hoy iniciaré una serie de artículos muy interesantes sobre una pieza del coche que hasta hace poco era un misterio para mi. La verdad es que llevaba tiempo queriéndolo hacer pero pensando en la complejidad nunca terminaba de arrancar. Ya llegó el momento. La curiosidad me mataba y me puse manos a la obra en la investigación y por fin lo tengo listo. Hoy quiero hablar de las cajas de cambios.

Lo dividiré, como suele ser costumbre para que no sea tan tedioso y se pueda asimilar fácilmente. Empezaré con conceptos básicos para posteriormente centrarme en los sistemas utilizados en competición. Así que, abrocharon el cinturón que arrancamos.

Qué es una caja de cambios:

Como bien sabéis, la caja de cambios o caja de velocidades  es el elemento encargado de obtener en las ruedas el par motor suficiente para poner en movimiento el vehículo desde parado, y una vez en marcha obtener un par suficiente en ellas para vencer las resistencias al avance. De no existir, el motor sufriría mucho para poner el coche en marcha y cuando estuviera acelerado, una simple cuesta sería suficiente para calarlo.

Esta pieza suele estar sitúa detrás del motor y se une al volante de inercia gracias al embrague para formar lo que se llama eje de transmisión junto al diferencial y los palieres.

 

En este punto, quiero dar un apunte sobre dos conceptos que serán de vital importancia para futuras explicaciones. Por un lado el embrague y por otro el par motor. Vamos con el primero.

Embrague:

Para aquellos que tengan bajo conocimientos de mecánica y no lo conozcan les pondré un ejemplo fácil para saber cuál es su función. Yo compararía  al embrague  con un interruptor eléctrico. Cuando lo acciono, interrumpo la corriente eléctrica y se apaga la luz. Cuando lo libero, se cierra el circuito y se enciende la bombilla. Pues eso, el embrague es un dispositivo que, accionado por el pedal o por una maneta del volante  en el caso de un F1, "separa" el motor de los restantes componentes de la transmisión. Esta pieza es fundamental y sin ella no existiría los coches actuales ya que sería imposible realizar los cambios de marcha ya que los componentes internos del motor, mientras está encendido nunca deja de girar.  No voy a adentrarme mucho más en esta pieza ya que por sí sola merece un artículo pero si quiero dejar claro un aspecto, a pesar que las diferencias entro los coches de coches de calle con cambio manual o automático comparados con los utilizados en la F1 son muchas, el embrague juega la misma función en todos aunque es las máquinas de competición su utilización es mucho más limitada. Un piloto de F1 solo tiene que accionar el embrague cuando el coche va a detener su marcha totalmente o quiere salir de su estado de reposo, es decir, en las salidas, tanto de carrera como en las paradas de boxes. Esa es la gran diferencia. El 99% de los cambios de velocidades que se realizan cuando un formula esta rodando no interviene el embrague. ¿Cómo lo hacen? Os dejaré intrigados hasta el próximo artículo.

Par motor:

El par motor o torque es el momento de fuerza que ejerce un motor sobre el eje de transmisión de potencia. La potencia desarrollada por el par motor es proporcional a la velocidad angular del eje de transmisión. ¿Queda claro? Para nada, sonará a chino ¿verdad? Véamelo de manera más sencilla.

Para entender qué es el par, hay que comprender es la fuerza. Lo haré con ejemplos.
Fuerza: Pues bien, la fuerza es un concepto físico. Usamos la fuerza para mover objetos o para movernos nosotros mismos. Para que un objeto como un automóvil se mueva, hay que aplicarle una fuerza (empuje) determinado. Si yo empujo al coche desde el maletero éste empezará a moverse hacia delante. Por tanto las fuerzas siempre mueven objetos. Clarito verdad?

Pues bien, empezamos a meternos en el motor.
Par: El par, no es más que una fuerza rotacional… es decir, una fuerza con un sentido de giro circular y a una distancia determinada. Hablando en cristiano, es la misma fuerza que antes expliqué, pero en vez de hacerla en línea recta (empujando algo o tirando de una cuerda) se realiza sobre algo que gira, por ejemplo la maneta de una puerta, o en los pedales de la bicicleta. Dentro de un motor hay muchas cosas que giran. Los componentes internos del motor (pistones, bielas, etc) cuando está encendido, ejercen una fuerza sobre el eje (cigüeñal) para que este gire. La magnitud de esa fuerza es el par motor.

Una vez que tenemos claro que el par es una fuerza con un sentido de giro. ¿Por qué tiene tanta importancia? Esto es fundamental, básico para comprender lo que viene después.  Dependiendo de las revoluciones, el motor tiene más o menos fuerza para hacer girar al cigüeñal.  Esta fuerza que hace girar el motor será transmitida a las ruedas en forma de movimiento circular. Cuanto más fuerza, más giros, más aceleración.

Ahora entra en escena la potencia… ¿Qué narices es?
La potencia es una relación matemática entre el par y las revoluciones. Solo es una multiplicación del par x giros, es decir la fuerza que hace el motor junto con las revoluciones que llega a alcanzar. El ejemplo práctico es el ciclismo. Para subir por una pendiente, necesitamos una potencia determinada y tenemos dos opciones, plato grande o plato pequeño. Si ponemos plato grande, tendremos que hacer mucha fuerza, pero daremos menos vueltas a los pedaléeles. Sin embargo, si ponemos plato pequeño, tendremos que hacer menos fuerza, pero mucho pedaleo. Al final el resultado es el mismo, tendremos la misma potencia pero con distinta formula. El primer caso, más par y menos revoluciones o bien el segundo, menos par y más revoluciones.

Espero que hasta aquí esté todo más o menos claro. Seguimos. Como hemos visto, la potencia del motor está relacionada con las revoluciones y esa respuesta no es lineal. Para verlo fácilmente, os enseño una curva de potencia de par, en realidad, reflejan lo mismo: la capacidad de entregar potencia de un motor en toda su gama de revoluciones.

Es una gráfica en la que están representadas, de forma escalonada, las revoluciones por minuto de motor y el par que rinde durante todo su régimen. En los motores de combustión, la curva de par empieza siendo ascendente hasta llegar a las rpm donde el motor rinde el par máximo. A partir de ese momento, el par comienza a disminuir progresivamente.

Y os preguntaréis. ¿Qué tiene que ver todo esto con las cajas de cambio? Pues es fundamental ya que indica el punto donde es idóneo realizar el cambio de marcha. En el caso del CDTI vemos que es a partir de 3500 Rpm. Si exprimimos más el acelerador, solo conseguiremos gastar más combustible y forzar el motor pero no obtendremos beneficio alguno.
Por tanto, al realizar el cambio de marchas se produce una variación en el número de revoluciones de giro del motor. Si aceleramos y alcanzamos las rpm más altas,  pisamos el embrague, desconectamos la transmisión un instante, introducimos la siguiente velocidad  y  soltamos el embrague para volver a conectarla, el motor baja su régimen de giro generando más par, y por ende, más potencia. Toda reducción de la velocidad de giro (RPM) implica un aumento de par en la misma proporción. Esta es la razón de ser de las desmultiplicaciones de la caja de cambio en velocidades, reducir la velocidad de giro para ganar par.

Veis ahora la importancia de lo explicado.

Antes de describir los componentes y el mecanismo que permite el cambio de velocidad que lo veremos en el siguiente artículo, voy a dar un repaso general a la cajas de cambios utilizadas en la F1. 

Aspectos generales:

Una caja de cambios F1 es un miembro plenamente recalcado del chasis. A diferencia de los coches de calle que solo tiene la función propia de dicha pieza, contener y hacer funcionar los engranajes de las marchas, en un F1 su función es más compleja ya que sirve de punto de anclaje a través del cual, los brazos oscilantes traseros y amortiguadores están unidos al coche. La estructura de choque trasero se monta también en la caja de cambios. Debido a que la caja de cambios está situado relativamente alto en el chasis, de lastre está fijado a la cara inferior de la caja para mejorar el centro de gravedad global. Como es de imaginar la caja de cambios es increíblemente robusta, y los equipos optan por una gama de materiales que va desde la fibra de carbono al titanio, aluminio y magnesio, solos o mezclados. Cada vez son más ligeros y estilizados para interferir lo menos posible en la circulación de aire en el tren trasero.

Caja de cambios con las suspensiones montadas.

En las últimas temporadas, el diseño de cajas de cambios de F1, y en particular el método por el cual la selección de marchas se lleva a cabo, se han convertido en los secretos del equipo debidamente protegidas. Secretos y bien secreto ya que, a pesar de tener un concepto global muy similar a los utilizados  en los coches hay un hermetismo total sobre el tema de muy, sobre todo en una pieza en concreto, los sincronizadores, el secreto más guardado por todos. El mayor esfuerzo se centra en realizar lo más rápidamente posible el cambio y para ellos todos los equipos utilizan el sistema “Seamless” o cambio sin fisuras.

 

Pocas veces los ingenieros que  trabajos de esta nueva generación de cajas de cambio  han facilitado información y evitan ser preguntados por ellas. Por esa razón, es sumamente difícil determinar la información en lo referente a cómo los cambios se pueden hacer con una pérdida mínima de potencia, mientras que al mismo tiempo suavizar los picos de par a través de la transmisión si no utilizan embrague. Poco a poco se fueron conociendo.

Pero ¿Por qué tiene tanta importancia disminuir el tiempo en el que se realiza el cambio? Bien, como hemos dicho, cada vez que se pisa el embrague el motor se desconecta de la transmisión para permitir que la nueva marcha se accione. Durante ese instante el coche deja de acelerar y va en punto muerto con la consiguiente pérdida de rendimiento. Pero ese no es el principal problema.

Tenemos por un lado una fracción de segundo que el motor no envía la potencia a las ruedas, pero el coche sigue andando y sigue padeciendo la resistencia aerodinámica. Este drag es tan grande que el coche está realmente desacelerando. No se olvide que la valores de fricción de un coche de F1 son muy altos para generar mucha carga aerodinámica (entre 0,65 a 0,85 Cx  teniendo los coches de calle valores por debajo de 0,30 Cx). ¡El drag aumenta con el cuadrado de la velocidad! Esto significa que durante la realización de un cambio, por ejemplo, de la sexta a la séptima la desaceleración transitoria es equivalente a frenar lo suficiente para bloquear las ruedas de un coche deportivo de carretera  de gama alta.

De ahí que todos toman tantas molestias para minimizar esos pocos milisegundos finales en los que el coche no se está acelerando a toda potencia.
Hasta ahora, las cajas de cambios en la F1 constaban de siete velocidades y disponían los equipos de 30 configuraciones de cambios para toda la temporada. Eso va a cambiar y para el año que viene podrán dispones de cajas de ocho velocidades y una sola configuración de cambio para todo el año. 

Bueno, hasta aquí por hoy. Próxima cita, componentes internos y funcionamiento, pero eso será otra historia.
PD: Os dejo este vídeo que resulta muy ilustrativo para conocer todos los elementos de la transmisión.

Fuentes: wikipedia. dobleembrague.wordpress.com, minimoto.es, aula365

LLANTAS EN UN F1: PARTE 2- GEOMETRÍAS Y MONTAJE

Bueno amigos, vamos por el segundo artículo sobre las llantas en la F1. Vimos en la entrega anterior como se fabricaban, la importancia del peso y las funciones que tenían. Hoy voy a analizar las medidas estipuladas por la FIA para su fabricación y el ensamblaje de la cubierta sobre ella. Abrocharos el cinturón que arrancamos.
Los equipos de F1 son suministrados por diferentes empresas del sector, como son OZ  que suministra a Red Bull, BBS a Ferrari, Enkei a McLaren, etc. Hay dos opciones de suministro,  por un lado los equipos modestos compran sus ruedas a los proveedores y como no, a los grandes le sale a coste 0  gracias a los acuerdos de patrocinio. El precio no es la única diferencia, los equipos tienen voz y voto en el desarrollo de las piezas y en las eventuales especificaciones que tengan las llantas, ya que, como vimos en el anterior articulo, esos cambios producen un efecto en el rendimiento total de un coche. 
 

 Cada fabricante tiene su propio diseño de llanta para las ruedas. Aunque las diferencias suelen ser sutiles entre todos siempre hay diseños que destacan más que otros. BBS por ejemplo utiliza una tecnología que les permite fabricar el borde de la llantas hueco en toda su circunferencia al igual que sus radios.  Esta tecnología les permite reducir significativamente el peso y mejorar la estabilidad ya que proporciona una mejor dinámica de la rueda, aumentando el confort y la seguridad en la conducción.

Como vemos hay muchas variantes que pueden afectar los parámetros de diseño. Tiene que permitir la instalación de la cubierta de neumático, mantenerlo y permitir un sello hermético para evitar la salida del gas dentro del neumático. La estructura interna debe de ser lo más fina posible para permitir que los frenos, que en un F1 son muy grandes puedan ser montados debajo de ella. Tiene que dar una buena transferencia de calor y dispersión, soportar enormes fuerzas sin deformarse y permitir una buena circulación de aire a los frenos sin crear resistencia aerodinámica no deseada. Pero tampoco su diseño es libre, se debe de regir por las especificaciones técnicas que marca la FIA que son estas:

ESPECIFICACIONES TÉCNICAS

Primero, los coches de Fórmula Uno han de tener cuatro ruedas situadas de forma externa a la carrocería vista en planta, es decir, desde arriba. Parece una tontería lo del número pero ya se dio el caso de coches con más de cuatro. El Tyrrell P34 (Project 34), también conocido como el "seis ruedas" utilizaba eso, seis y no fue el único, se vieron algunos modelos más. Llagaron a tener éxito, incluso ganaron carreras.
Las ruedas tienen que estar destapadas, con el dispositivo aerodinámico trasero eliminado. Esto es muy importante, Según normativa, las ruedas no se pueden carenar. Al impedirlo, la rueda genera una resistencia aerodinámica muy alta. Tanto, que coches de carreras que montan ruedas carenadas, como es el caso de la Nascar, con motores menos potentes, son capaces de alcanzar las mismas velocidades que un F1. Si pudieran tapar esas ruedas, los coches llegarían a alcanzar velocidades desorbitadas y serían un peligro. Sobre la eliminación del dispositivo aerodinámico trasero  mencionar que era un semi carenado que montaban los F1 para evitar que parte del aire que circulaba por la parte superior del coche interaccionara con las ruedas traseras y que fueron tomando, año tras años unas medidas más que considerables. Os pongo un ejemplo para que lo veáis.

Seguimos. En este punto, creo necesario que conozcamos la geometría de las llantas antes de comenzar a  determinar las medidas que estipula la FIA sobre ellas.

GEOMETRÍA DE LAS LLANTAS.

La geometría es muy "sencilla". Su estructura es la siguiente:
Las caras: Es la parte donde están situado los radios de la rueda. Suelen utilizar entre 8 y 12 radios alineados por pares o individualmente. En su parte central se encuentra la abertura que es utilizada para anclar la rueda con la turca. Tiene dos caras.

Externa, que es la que normalmente vemos. Es la zona más compleja ya que puede incluir elementos aerodinámicos  que permitan que el aire caliente de los frenos se ventile mejor a través de la rueda y no genere turbulencias.

Interna: Es la encargada de dar acogida al sistema de frenos. Normalmente suele tener una superficie lisa aunque últimamente se ven diseños texturizado de su superficie para mejorar la transmisión del calor al interior del neumático y puedan calentar mejor las ruedas.

Cara interna texturizada.

Este simple elemento produce el siguiente efecto. Como vemos con las cámaras térmicas montadas en el coche de Vettel y Hámilton, la llanta del alemán está a una temperatura mucho más alta que la del ingles. Los equipos juegan mucho con este sistema y lo adaptan dependiendo de las características de circuito. Un ejemplo, en Singapur Ferrari optó por utilizarlo ya que el F138 es un coche que le costaba alcanzar temperatura de las gomas en esa pista. Si a eso unimos  que la carrera es nocturna, peor lo ponemos. En la India no ocurrían estas circunstancias y prescindieron de usarlo. Ya veis, tan fácil, tan complejo. Lo mismo sucede con Red Bull, en unas carreras lo usan, cuando quieren calentar mejor sus ruedas, en otras no para evitar el sobrecalentamiento.

Garganta:  Ademas del diámetro una característica de la llanta es la garganta, esto es, la anchura de la llanta viene expresada en pulgadas y determina el ancho máximo de neumático que puede llevar esa llanta sin peligro. Además de la sujeción del neumático, hay otros componentes que se montan en esa parte de rueda de Fórmula Uno. En esta zona se sitúa la válvula de llenado, purgado y el monitor de presión de los neumáticos que se encarga de medir y enviar los datos del inflado de la rueda.  

Labio o rin: Son los bordes internos de la llanta y será la zona donde se asiente los flancos del neumático para crear la estanqueidad.  Su superficie ha sido granallado para que sea más abrasivo en el punto en el que se encuentra con el talón del neumático de modo que puedan agarrar mejor.

Una vez conocidas las partes, veremos la normativa que estipula la FIA para estas piezas.
  

Las llantas deben de estar hechas de aleaciones de magnesio AZ70 AZ80 y sus medidas difieren dependiendo si son las que se montan en el tren delantero o trasero. Las primeras son más estrechas, y sus medidas deben de estar comprendidas entre 305 y 355 mm de ancho. Las traseras deberán medir entre 365 y 380 mm.

Lo deseable sería tener el ancho de ruedas en la parte delantera que trasera. El tren delantero del coche necesita más agarre para reducir el subviraje pero la FIA lo limitó para que los coches perdieran prestaciones y fueran más lentos por seguridad.

Con los neumáticos equipados, inflados con aire o nitrógenos a 1,4 bar de presión, las ruedas no deben superar los 660 mm de diámetro (670 mm con neumáticos de mojado).

Dimensiones y geometría de ruedas deben cumplir con las siguientes especificaciones:
- El espesor mínimo de la rueda es de 3,0 mm;
- El espesor mínimo del grano es de 4,0 mm (medida desde joroba a borde exterior del labio);
- El perfil de cordón estándar ETRTO se prescribe;
- La anchura de montaje de llantas son de 12 "(304.8 mm + /-0.5mm) delante; 13.7" (348.0mm + /-0.5mm) trasero;
- El espesor del labio de la rueda es de 9 mm (+ /-1mm);
- El diámetro exterior del labio es 358mm (+ /-1mm);
- Se permite un receso del borde de una profundidad máxima de 1,0 mm entre un radio de 165 mm y un radio de 173 mm de eje de la rueda (para la marca de la rueda, logotipo, número de parte, etc);
- Con la excepción del labio de la rueda, sólo un único perfil convertido con un espesor máximo de 8 mm se permite radialmente por fuera de las zonas de exclusión especificados en el artículo 12.4.5;
- El diseño de la rueda debe cumplir con los requisitos generales del proveedor de neumáticos para el montaje y desmontaje de los neumáticos incluyendo los márgenes de sensores y válvulas;
- El diseño de las ruedas no puede haber dioferencia entre los diseños izquierdo y derecho


Tuerca anclaje
Más recientemente, los equipos han trabajado en estrecha colaboración con los proveedores de llanta para acelerar el cambio de ruedas durante la parada en boxes. Desde 2010 hay una tendencia a crear tuercas avanzadas que pueden bloquear las ruedas en su lugar (por medio de un cierre neumático) y al mismo tiempo aplicar el pin de seguridad para evitar que las ruedas se suelte cuando no aseguradas. Eso es relativo. Muchos ejemplos hay de coches que han perdido la rueda por una tuerca mal fijada.

La FIA determina que la rueda debe estar unido al coche con un solo tornillo. El diámetro exterior del elemento de fijación no debe exceder de 105 mm y la longitud axial no debe exceder de 75 mm. El cierre de la rueda no puede conectar o montar ninguna pieza en el coche, excepto el conjunto de la rueda..

Una vez diseñadas las llantas la FIA somete a dichas piezas a unos controles muy rigurosos de seguridad antes de su producción para evitar contratiempos inesperados.Las pruebas más importantes son unos ensayos de flexión de rotación, pruebas de balances y un ensayo de impacto pero la más importante de todas es la prueba con la máquina biaxial. Es la más completa, ya que simula la vida real de una rueda en una ruta dinámica. Es importante tener en cuenta que hay sólo dos fabricantes de ruedas en el mundo que tienen esta máquina necesaria para hacer esta prueba.

¿QUIÉN SE ENCARGA DEL MONTAJE DE LOS NEUMÁTICOS?

Una vez en la pista, los equipos entregan sus llantas desnudas  al  fabricante de neumáticos que se encarga de montar la cubierta con máquinas especiales. Los neumáticos son inflados y luego entregados de nuevo a los equipos. Como sabéis, los F1 al igual que los coches de calle no llevan cámara interior de ahí la importancia del diseño, tanto de la llanta como del flanco del neumático para evitar la fuga de gas de su interior que vaciaría la rueda.
Por tanto, el personal de Pirelli es el responsable de montar los neumáticos. Para ello lubrican el borde de la llanta y el asiento del neumático inmediatamente antes de montarlo. No pueden utilizar ningún lubricante que contenga agua. Los lubricantes con agua pueden provocar la corrosión de la superficie del borde de la llanta. El uso de lubricantes sin agua es especialmente importante cuando se montan neumáticos sin cámara, ya que el aire del neumático se mantiene gracias al sello entre el talón y el borde de la llanta del neumático

Bueno, llegamos al final. Como habéis podido comprobar las ruedas de un  Fórmula 1 son una verdadera obra de arte, sus flancos, una mezcla de curvas coincidentes con una expresión de solidaridad. A diferencia de muchas de las piezas de un coche de carreras, es relativamente fácil de entender el trabajo realizado por una rueda, pero el tipo de llantas de las ruedas instalado en un coche de Fórmula 1 no son como las de un coche normal por carretera de ahí su importancia. ¿Cuál será el futuro? Me imagino que seguir explorando los límites más y más y a medida que las prestaciones de los coches se disparen limitar medidas para reducirlas, pero eso será otra historia.
Fuentes:
Alcoa.com ,f1-country, jalopnik.com,  bridgestonemotorsport.com, km77.com, Michelin.com, 

 

LLANTAS EN UN F1: PARTE 1- FUNCIONES, FABRICACIÓN

 

Bueno amigos, hoy quiero darle un repaso a un elemento que tiene gran importancia a la hora de configurar un F1, las llantas. Tras la petición de un amigo del blog para que realizara un artículo sobre ellas me puse manos a la obra y lo primero que me di cuenta es que no hay prácticamente nada escrito sobre ellas.

Ha sido muy complicado encontrara datos sobre la pieza que hace de punto de conexión entre el neumático, la única parte del coche que hace contacto con la carretera, y el chasis. Será secretismo, será desconocimiento, pero las llantas realizan muchas funciones y de gran importancia. Voy a dividir el artículo en dos partes para que sea más asimilable y ameno. Hoy voy a tratar algunas nociones sobre su fabricación, la importancia de su ligereza y sus funciones. Arrancamos.

¿Qué funciones desempeñas las llantas?

Básicamente dos, una estructural y otra aerodinámica: 

1-Función estructural
Sin las llantas no se pueden acoplar los neumáticos al coche, ya que incluso si el caucho se moldeara para permitirlo, la consistencia del material no sería lo suficientemente dura en el tiempo para mantenerlo estable. Si los ingenieros insistieran y lo consiguieran, el peso y las reducidas prestaciones desaconsejarían su utilización. También hay otras causas que impedirían la utilización del caucho o similares, como sería la mala disipación del calor, pero lo veremos luego.
En el diseño de las ruedas de competición, el equilibrio entre la fuerza y el peso es absolutamente crítico. La llanta debe de ser ligera y a la vez estructuralmente muy estable ya que tiene que soportar enormes fuerzas sin deformarse, evitando así crear resistencias aerodinámicas no deseada. Como podéis imaginar, el elemento primordial a la hora de diseñar una llanta es darle la rigidez necesaria en función al agarre mecánico del coche, que como comprenderéis en un F1 es muy alto. ¿Qué quiere decir estos? Sencillo, no es lo mismo diseñar una llanta para un coche de calle que ejerce a las ruedas unos valores de agarre mucho más bajos que en un F1. Un ejemplo. Un F1 es capaz de acelerar de 0 a 300 km/h en apenas 12 segundos mientras un coche de gama alta como puede ser un Porsche,  lo hace en 40 seg. 
La rigidez es muy importante pero nunca dejan de lado la búsqueda intensiva de la ligereza. Demasiado pesado y el coche va a perder rendimiento, demasiado débil y existe el riesgo de un fallo estructural. Por tanto los fabricantes de llantas utilizan el ingenio para conseguir aumentar la rigidez un 1% y de paso eliminar todos los gramos posibles para bajar el peso y el diseño se hace tan especializado que los equipos utilizan distintos tipos de llantas dependiendo del circuito. Para evaluar correctamente cuál es el mejor diseño, los fabricantes utilizan datos de simulación de los circuitos y los relacionan con los datos de cargas suministrados por equipos.

2-Función aerodinámica.
Las llantas también tienen una importancia aerodinámica. Su función es evacuar lo más eficientemente posible el aire de la refrigeración de los frenos. Para ellos su estructura se diseña de tal manera que el flujo caliente pase a través de las aberturas que forman el interior de la rueda a la parte exterior. Por lo tanto, es importante tener la menor superficie lateral posible en los bordes de la rueda. Debido a que la zona de los frenos llaga a alcanzar temperaturas muy altas, el material que forma la llanta debe de tener una buena transferencia de calor y para poder disipar mejor el calor de los frenos. Imaginaros si la llanta fuera de caucho, saldría ardiendo o se derretiría el material.

La mayoría de equipos utilizan parte del calor radiante de los discos de frenos para conseguir una óptima temperatura de funcionamiento del neumático aunque es muy difícil conseguirlo.  Últimamente se han visto sellados  o incluso estructuras labradas situados en la parte interna de la llanta donde se sitúan los frenos con la intención de disminuir el flujo de aire caliente que llega a esa zona para disminuir la transferencia de calor a al neumático, en el primer caso o al contrario, aumentarlo como hace el segundo.

Estructura y fabricación.

Todas las llantas de competición son de aleaciones de magnesio. En si, el magnesio es un material que se puede partir “fácilmente” si se le somete a un esfuerzo pero al mezclarlo con otros metales y tratado térmicamente mejora sus propiedades mecánica convirtiéndolo en el más ligero de los metales estructurales disponible (peso específico 1,74 kg/cm3, un 35% menos que el aluminio), con una elevada relación resistencia-peso, alta resistencia al impacto y la vibración, no se alteran ni se dañan con la fricción superficial. Todas estas características  los hacen particularmente apropiado para la producción de ruedas de carreras. Debido a su bajo módulo de elasticidad, las aleaciones de magnesio pueden absorber energía elásticamente, es decir, pequeñas deformaciones. Esta característica le da la capacidad de aguantar un gran número de ciclos de tensiones relativamente bajas  originando una alta capacidad de amortiguamiento.  Antes había  total libertad en el diseño de la rueda. Ahora la FIA ordenan las aleaciones exactas que se pueden usar para la construcción de las ruedas de los coches de Fórmula Uno.
En cuanto a su técnica de fabricación comentar que ha evolucionado mucho en el tiempo. Es un material difícil de trabajar. En la actualidad se utiliza la forja para crearla.

Proceso de fabricación.
El inicio de una llanta parte de una barra de metal de 6 metros de largo  con un diámetro de 500 mm. Esta barra se extruye, hasta un diámetro de 300 mm para mejorar las características mecánicas y estructurales del metal. Después, esa barra se corta en discos que se calientan a una temperatura de 300 grados y se trataron con una prensa de aceite a presión, con una presión gradual de 3.000 toneladas.Otra rotativa imprimirá el producto semi terminado (también llamado "Formaggella, traducido literalmente por" pequeño queso fresco "debido a su forma), con una presión de 9.000 toneladas que se transmiten en 30 segundos a la forma cilíndrica de una rueda.

 
Esta pieza final, que todavía está cruda, tiene una fuerte tensión estructural causada por la extrusión y el forjado que han desplazado forzosamente las partículas de material. La tensión estructural es sinónimo de fragilidad, esa es la razón por la cual la pieza en bruto se puso posteriormente a través de un tratamiento térmico para restaurar las características mecánicas de la aleación, distribuyendo de manera uniforme en el producto semiacabado.
Posteriormente se utiliza un torno  que  muele el material sobrante para crear los radios. Para garantizar la calidad, todos los tipos de ruedas monobloque son forjadas en una sola pieza y están sujetas a rigurosos controles de calidad al final de cada etapa de la producción para garantizar la estabilidad.

Pero os preguntareis, ¿por qué es tan importante reducir el peso de las llantas? Hay muchas piezas en el coche que son susceptibles de ser aligeradas y no se pone tanto énfasis en eso. Pues muy sencillo, la disminución del peso es vital para un mejor rendimiento. Veámoslo.

El peso es fundamental.

Considero interesante ver como afecta al comportamiento del coche, su frenada, agarre en curvas, agilidad… el incrementar o disminuir peso en su masa NO suspendida. ¿Pero qué es eso? ¿No estamos hablando de llantas? Bien, imaginaros un coche de competición aunque los nuestros de calle también sirven. Por un lado tenemos el chasis, motor, el piloto… que forman un conjunto de elementos que tiene una masa determinada y que están soportados por las suspensiones. A todo esto los entendidos en la materia le llaman masa suspendida.
Por otro lado tenemos la masa no suspendida, que está constituida por la masa de la amortiguación, ruedas y otros componentes directamente conectados a ellos, como rodamientos, neumáticos, muelles de amortiguación  y los frenos del vehículo si están incluidos fuera del chasis.
Con este esquema lo entenderéis facilmente.

Los cuerpos que se encuentran en rotación como las ruedas  son mucho más sensibles a los aumentos de masa. De hecho, hay una regla que dice que sumarle a las ruedas 4kg de peso equivale a sumarle 16kg al coche, 4 veces más. Este efecto se debe a una fuerza  llamada  inercia rotacional de un cuerpo y de su magnitud, el momento de inercia. Son elementos físicos complejos que no voy a entrar a analizar en profundidad pero para que tengáis una idea, la masa es la resistencia que presenta un cuerpo a ser acelerado en traslación, es decir, en línea recta, el Momento de Inercia es la resistencia que presenta un cuerpo a ser acelerado en rotación. Esto quiere decir que para hacer girar una rueda hay que aplicarle un par de fuerzas, y cuanto mayor sea el momento de inercia, más costará acelerarla. Lo curioso del momento de inercia es que depende no sólo de la masa de la rueda, sino también de su tamaño. Por tanto, para determinar su valor,  sólo hay que conocer la geometría del cuerpo y de la posición del eje de giro y no afectará para nada las fuerzas que intervienen en el movimiento. Como la rueda de un F1 tiene una medida estándar para todos, la manera de poder disminuir los valores de la inercia es variando la masa. Crear una llanta más ligera reduce notablemente el volumen de la rotación y de las masas no suspendidas mientras  aumenta notablemente  la estabilidad de las ruedas y la capacidad de soporte de carga.
 Los baches y las imperfecciones de la superficie de la carretera generan compresión en el neumático generando fuerzas que actúan sobre la masa no suspendida. Ésta responde a dicha fuerza con un movimiento propio, inversamente proporcional a su peso. Así, una rueda ligera actúa más rápido que una pesada frente a un bache, y tendrá más agarre al circular sobre esa superficie. Por esa razón, las ruedas ligeras se suelen utilizar en aplicaciones de alto rendimiento. En contraste, una rueda pesada que se mueva menos y más lentamente no absorbe tantas vibraciones y las irregularidades del asfalto se transfieren a la cabina, deteriorando así la comodidad.
Se que es un poco lioso pero tiene gran importancia ya que esto reduce significativamente el peso relativo del coche considerablemente. Si un fabricante consigue hacer una llanta 200gr más ligera, cuando gira produciría una inercia que equivaldría a 800gr en el peso de la masa suspendida. Como el coche tiene 4 ruedas, el montante final sería de más de tres kilos, casi una décima por vuelta en algunos circuitos que producirían 5 segundos de mejora en una carrera de 50 vueltas. Por eso en  F1 los ingenieros luchan para disminuir el peso no suspendido con sofisticados materiales que son muy ligeros y resistentes  y sobre todo muy caros. La parte más pesada del peso no suspendido son los neumáticos, pero con las reglas actuales no se puede hacer mucho al respecto. Segunda parte más pesada es la llanta de la rueda, y la lucha entre los proveedores es en ese detalle.
La rivalidad entre los fabricantes de ruedas de este deporte es tan feroz como la que existe entre los proveedores de motores. Bueno, hasta aquí el artículo de hoy, próxima cita, la inserción con el neumático y más cosas interesantes, pero eso será otra historia.