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  • 1. David Teijeiro González , Javier Pájaro Lorenzo , Jacobo Soler Benito , Nicolás Yagüe Novoa
  • 2. ALERÓN DELANTEROLas 2 tareas básicas que persigue la aerodinámica de un coche de competición son, la reducción de laresistencia y el aumento de la down-force.Las funciones del sistema de alerones delanteros se pueden clasificarlas en 5:• Generación de Down-Force.• Separar adecuadamente el flujo de las ruedas delanteras.• Adecuar el flujo que pasa por debajo del suelo y a los pontones de refrigeración.• Adecuar el flujo a cierta zona del coche (casco del piloto por ejemplo).• Sellar el suelo, por métodos aerodinámicos.• La primera función es la que habitualmente todo el mundo conoce. Las otras son también muyimportantes al ser más difíciles de llevar a cabo de una forma óptima.Los coches de F1 tienen situado el motor en la parte de atrás necesitan que la proa del coche generedown-force, para que los neumáticos delanteros tengan agarre sobre el asfalto (cuanta más down-force, almenos en curva, se tenga, menor será el tiempo de paso por curva, por ejemplo)1) Para generar el Down-Force necesario se debe colocar el perfil adecuado, para que con un ángulo deincidencia determinado y una superficie determinada, se genere una fuerza descendente necesaria.2) Las ruedas de un coche de F1, generan, aproximadamente, el 40% de la resistencia total del coche; portanto, si existe un lugar donde debemos hacer hincapié para reducir la resistencia, es justamente éste;cómo podemos reducir la resistencia de las ruedas? La respuesta es sencilla: haciendo que el flujo no incidadirectamente sobre las ruedas; para ello, aprovechando que el alerón está por delante, diseñamos dichoalerón para que desvíe el flujo alrededor de las ruedas, reduciendo la resistencia aerodinámica.Porqué los alerones delanteros, se encuentran tan adelantados?Porque cuanto más adelantados se encuentren, menor fuerza se necesitará que generen por ellos mismos,para que las ruedas posean una down-force determinada (podemos pensar en el principio de la palanca).Esta posición, está legislada y limitada, por la Normativa Técnica de carrera.Otra de las funciones añadidas que tienen, es la de impedir el flujo de aire desde la zona de alta presión ala zona de baja presión; de esta forma, la resistencia de todo el sistema, se reduce considerablemente.3) En lo que respecta al “efecto suelo”, el alerón delantero, adecua el flujo que ha de pasar por debajo delcoche, con el fin de generar down-force; este aire se acelera para reducir la presión por la parte inferior yprovocar la “succión”del coche.En este efecto, también tiene influencia en difusor.El tamaño del difusor ha de ser mayor, cuanto más aire pase por debajo del coche.El alerón delantero puede tener varios diseños, las dos formas básicas son:• Curvados, en la parte central hacia arriba.• Curvados, en la parte central, hacia abajo.Mediante este tipo de diseño, es posible incluso, acelerar ya el flujo, antes de introducirse en la parteinferior del suelo; de esta forma, la eficiencia aumenta.Por otro lado, cabe hacer mención al hecho de que los alerones delanteros, no han de dificultar la entradade aire a los pontones de refrigeración. Por ello, en la parte central de los alerones, no se colocanelementos que dificulten o impidan este flujo.DEFLECTORES LATERALES
  • 3. Los deflectores al contrario que otros elementos aerodinámicos no cumplen la función de generar apoyo o“downforce” es decir no se encargan de empujar el coche hacia abajo. Los deflectores tienen una funcióndistribuidora de los flujos del aire.Principalmente tienen dos funciones, la primera sería la de canalizar el aire hacia los pontones para mejorarla refrigeración, los deflectores “imitan” la forma del chasis y suelen ir sujetos a la esquina inferior exteriordel pontón en cuestión. La segunda cualidad sería la de orientar los flujos de aire por debajo del coche,sobretodo por la zona de los pontones pero orientando el flujo del aire hacia su parte inferior.Seguidamente el fondo del coche redirige esos flujos de aire hacia el difusor mejorando así el apoyoaerodinámico, ya os apunto aunque lo trataremos más detenidamente en otro post que el difusor es elelemento del coche que genera más apoyo aerodinámico por sí sólo. Por tanto, si los deflectores mejoranel flujo de aire hacia el difusor la eficacia aerodinámica es mayor.ALERÓN TRASEROSu principal y "original" misión es la de producir nuevamente down-force.Originalmente, la función básica y "única" era la de producir Down-Force; por ello, se trataba de una ala deavión, colocada al revés.Más tarde, fueron evolucionando, produciendo más Down-Force, al multiplicarse las piezas de dichoalerón. Tiene como principal función ejercer una presión sobre el tren trasero para ganar tracción.EL CHASISLa forma de la cubierta trasera del motor viene dada por las ruedas traseras. Por un lado vemos como seestrecha para evitarlas y también para mantener el aire "pegado" al chasis (si el aire se desprendiera,surgiría una estela y la resistencia sería mucho mayor). La zona justo antes de las ruedas delanteras tieneunos deflectores para entregar el aire más alineado a las ruedas, y también llevan unos winglets parareducir la resistencia inducida. Hay unas placas que "rompen" el flujo generando un punto de remanso enla zona superior y así consiguiendo parte de fuerza vertical. Los puntos de remanso son aquellos en losque la velocidad del aire es nula, y son de presión máxima. De ahí que si esa presión está por encimagenera una fuerza hacia abajoLOS BAJOSLas normas de la FIA son bastante claras cuando prohíben un diseño de los bajos que haga venturis (unasucción) y aumente la fuerza hacia al suelo. También es obligatorio que estén a cierta altura y que usen unaplancha debajo del coche de tecnología no muy sofisticada.PONTONESSon la parte ancha y baja de la carrocería. Se extienden desde cada lado del habitáculo del piloto hasta elextremo final de los radiadores cubriéndoles, sin cubrir las tomas de aire. Desde ahí hacia atrás, se vanestrechando hacia la zona trasera central, de tal manera que dan una forma de “botella” a la silueta delautomóvil.Esta regla de diseño sirve para reducir la resistencia de onda producida en el avance de un cuerpo a través
  • 4. de un fluido (relacionada con la compresibilidad del aire), sobre todo en altas velocidades. Resumiendo, laregla consiste en reducir en lo posible las variaciones bruscas de sección trasversal del objeto que sedesplaza.Los motores deben ser refrigerados para evitar el gripado, entre otras cosas. Una de estas funciones lasuele llevar a cabo el aceite, pero del aceite hay que quitar también ese calor con aire. De momento nossirve saber que el aire debe entrar de la forma más homogénea y a relativamente alta presión hacia elradiador.TAPA DE MOTOREs la parte que se eleva desde la zona “horizontal” de los pontones , la “joroba” del carenado de fibra decarbono. No incluye la “caja de aire”, es decir la toma de aire para la combustión del motor, que estácarenada en otra pieza a parte (creo que se distingue en la foto la juntura de la tapa, el pontón y la caja deaire).No suele llevar aditivos, pues no tiene puntos resistentes para la transmisión de fuerzas al cuerpo delvehículo, esporádicamente algún divisor de flujo o algún aletín de estabilización.SUSPENSIONESHasta en esto se cuida el diseño expuesto al aire. En vez de tener una sección transversal circular típica, sele da forma de perfil alar para minimizar la resistencia aerodinámica (bien diseñada reduce hasta 10 vecesla resistencia de su equivalente circular).DIFUSORLa última parte aerodinámica “vital” para el correcto funcionamiento de todas las partes anteriores. Suúnica función es facilitar lo máximo posible la salida del aire que circula por los bajos del coche,generándose así el efecto suelo de forma efectiva, ayudándose de la baja presión generada por el aleróntrasero, lo que ayuda a sacar el aire de los bajos a través de este elemento.MOTOR Y CAJA DE CAMBIOSEl motor es un componente fundamental para el monoplaza, creado con fibra de carbono que soporta latransmisión y la suspensión trasera, por lo que debe ser de una estructura muy fuerte. Sin embargo debeser lo más ligero posible, compacto, y estar situado en la zona más baja posible, pues así reduce el centrode gravedad del monoplaza y permite que la altura del vehículo sea la mínima.Llegando a las 19.000 Revoluciones por minuto un Fórmula 1 moderno consume 650 litros de aire porsegundo, con un consumo de combustible en carrera de unos 75 litros cada 100 Kilometros.El diseño de los motores es muy similar al de los turismos comerciales: cilindros, pistones y válvulas.Las cajas de cambio actuales son completamente automatizadas, los pilotos cambian de marcha con levassituadas en la parte trasera del volante.Los cambios se encuentran en la parte posterior del motor e incorporan un sistema de cálculo deldiferencial que trabaja con los sistemas de tracción para asegurar que la potencia enviada al tren trasero esla adecuada.-1) Conducto de ventilación de fibra de carbono.-2) El aire entra al motor para poder mezclarse con la gasolina en los cilindros.-3) Sistema de tubos de escape.
  • 5. -4) Los radiadores. Se encuentran situados en los pontones para que el agua se ventile con el flujo de aire.-5 y 6) La suspensión trasera se une con la caja de cambios.Deben ser de cuatro tiempos con una capacidad máxima de tres litros. No se permiten más de diezcilindros y el número máximo de válvulas por cilindro es cinco. Están prohibidos los motores dealimentación turbo, motores de pistones rotatorios, pistones no circulares o capacidad de almacenamientode poder.LOS NEUMÁTICOSLos neumáticos son una pieza fundamental en el conjunto de un Fórmula 1.Las ruedas de un F1 están diseñadas por Pirelli y existen diferentes compuestos. Como casi todo en elmonoplaza, son fabricadas de materiales que pesan muy poco. La estructura es de nylon y poliésterdiseñada para soportar fuerzas mayores que las ruedas de carretera, pues estos neumáticos tienen queaguantar cargas de más de una tonelada de fuerza descendente, de 4G de fuerza lateral y de 5G de fuerzalongitudinalLos neumáticos suelen estar fabricados con compuestos muy blandos de caucho para dotarlas del máximoagarre dependiendo de la pista. En la mayoría de los circuitos se puede ver una marca negra en el suelopor la que circulan los monoplazas, esto son residuos de goma acumulados por los que el coche circulamejor. Los neumáticos de Fórmula 1 funcionan mejor a temperaturas altas. Las ruedas de seco alcanzan supunto óptimo entre los 90 y 110 grados centígrados. Para asegurar que la presión del neumático es laidónea frente a esos cambios de temperatura la rueda se infla con una mezcla especial de gases.LOS FRENOSSon un componente básico en los coches para que puedan reducir la velocidad.El principio de la frenada es simple: detener un objeto eliminando su energía kinética (la energía kinética esla energía que un objeto posee en virtud de su movimiento). Los monoplazas de Fórmula 1, al igual que lamayoría de los coches, están equipados con frenos de disco. Estos frenos hidráulicos funcionan con dospinzas que aprietan el disco, reduciendo así la velocidad. En las frenadas más fuertes los discos sesobrecalientan y toman un color rojo luminoso debido al las altas temperaturas que alcanzan (Más de750Cº).De la misma manera, si la frenada es demasiado brusca o demasiado fuerte se puede llegar a hacer untrompo, pues la fuerza de los frenos puede hacer que los neumáticos pierdan su adherencia.Las regulaciones técnicas requieren que cada monoplaza cuente con dos sistemas hidráulicos de freno condos depósitos separados para las ruedas delanteras y traseras. Esto asegura, que en el caso de que uno delos circuitos falle, que el piloto pueda frenar con el segundo circuito. El reparto de frenada es la cantidadde fuerza con la que frenan las ruedas delanteras y las traseras. Este reparto es controlado por el pilotodesde su volante, permitiéndole hacer más manejable el coche en cada situación. Lo normal es que el 60%de la fuerza de frenada este en las ruedas delanteras, quedando un 40% para las traseras.EL VOLANTEEn el volante están todos los controles del piloto. Cada equipo fabrica su volante con su electrónica propia.Los botones y reguladores sirven para controlar funciones como:- Régimen de motor (mapa de encendido, revoluciones); Nivel de mezcla (consumo).- Tarado de suspensiones (delantera/trasera); Bomba de líquido para beber.
  • 6. - Balance de frenos (eficacia de frenada delantera/trasera); Tipo de neumático en uso.- Nivel de refrigeración (según indicadores de temperaturas en pantalla). Marcha atrás.- Régimen de cambio de marchas (a que % del régimen se ha de indicar el cambio)- Control de radio, encendida/apagada, hablar/recibir; Activación de extintores.- Proceso de arrancada (salida); Indicación numérica de pantalla en x1 o x10.- Punto muerto en caja de cambios… y algunas otras másEn el frontal también hay una pantalla LCD, indicadores numéricos, a sus costados las luces de estado decarrera (banderas) y encima una fila de luces a modo de tacómetro de r.p.m. para el cambio de marchas,que se controlan desde las levas de la parte trasera, las inferiores son el embrague usado solo enarrancada, y las superiores, la de un lado sube las marchas y la del otro lado las baja (a gusto del piloto quelado sube y cual baja).Se ha de poder desconectar completamente según reglamento, entre otras cosas, para que el piloto puedaentrar y salir.DEPÓSITO DE COMBUSTIBLEEstá ubicado detrás del piloto y delante del motor, dentro del monocasco, pero fuera de la célula desupervivencia, y por normativa ha de permanecer íntegro tras los impactos, aunque se pueda deformar.La bomba de la gasolina se encuentra ubicada en la parte central inferior del depósitoDIRECCIÓNEs el elemento que nos permitirá girar la orientación de las ruedas delanteras, con objeto de que el cochepueda desplazarse en movimientos que no sean en línea recta, es decir, permite hacer girar al vehículosiguiendo la trayectoria de las curvas.Se acciona desde el volante (obviamente, haciéndole girar), lo que a su vez hace girar la columna de ladirección, que es la barra que lleva el movimiento hasta la cremallera, que es la parte que transmite el girode la barra de dirección a los semiejes empujadores o bieletas de cada rueda. Cada uno de estos semiejesdesemboca en un empujador final, que es el que materialmente tira o empuja de la rueda para conseguirmoverla.El sistema básico por el que consigue esto es un simple conjunto de engranaje llamado cremallera, que noes más que la cruceta en la que desemboca la columna de la dirección.Los empujadores (bieletas o brazos) son las barras que desde la cremallera empujan a los tambores derueda para que giren hacia los lados.COCKPITActualmente en la Fórmula 1, los monoplazas son inmensamente resistentes debido a la estructuramonocasco. Esto incorpora el cockpit o cabina, lugar de máxima seguridad para los pilotos, pero tambiénforma la parte principal del chasis, con el motor y la suspensión delantera montada directamente en él. Poresto requiere que sea lo más duro posible, para cumplirá ambas funciones, la de seguridad y la estructural.Como el resto de los coches, la mayor parte del monocasco esta fabricada de fibra de carbono.Normalmente esto comprende un laminado exterior de alta densidad y una estructura interior de panal deabeja, resistente pero ligero. La construcción del monocasco es uno de los trabajos más duros para losingenieros y técnicos. No es más que cientos de piezas de fibra de carbono que tienen que ser unidas con
  • 7. unos adhesivos especiales muy fuertes.El hecho de que tantos pilotos hayan sobrevivido a impactos brutales prueba la dureza que tiene la célulade supervivencia (la célula de supervivencia es el espacio en el que el piloto esta seguro, es indeformable yprotege las piernas y el cuerpo del conductor). Esto es un compromiso del equipo con la seguridad delpiloto, pero gracias también a los desarrollos tecnológicos (impuestos por la FIA) se definen cada vez másrigurosas técnicas en seguridad.El principio fundamental reside, como siempre, en que el piloto debería ser capaz de salir del monoplazaen el menor tiempo posible -cinco segundos según las regulaciones- y sin tener la necesidad de quitaralgo excepto el volante (para quitar el volante se estiman también otros cinco segundos). La célula deseguridad incorpora protección de choques en la parte frontal y trasera, así como el aro de protecciónobligatorio detrás del asiento del conductor. Durante los últimos años ha aumentado el esfuerzo por laprotección de la cabeza de los pilotos, la zona más vulnerable en el caso de que salgan volandodesperdicios del monoplaza, implantando pequeñas paredes a los lados del cockpit.http://www.f1escuderias.comLA AEREODINAMICA.Un coche de Fórmula 1 actual tiene más cosas en común con un avión de combate que con uncoche normal. La aerodinámica es una de las piezas clave para entender la Fórmula 1, por esolos equipos gastan millones y millones de euros en desarrollar y probar la aerodinámica cadaaño.El diseñador de aerodinámica tiene dos funciones clave:-Generar Downforce o fuerza descendente. Para ayudar aque el monoplaza vaya pegado al suelo, esta fuerza empujaa losneumáticos hacia el suelo, mejorando así la adherenciadel coche y tomar mejor las curvas-Minimizar las turbulencias que hacen que el monoplazaruede más lento.Los equipos comenzaron a experimentar con los alerones afinales de los 60. Los alerones de los Fórmula 1 siguenexactamente el mismo principio que las alas de los aviones,solo que al revés. A los monoplazas le interesa la fuerzadescendente para la adherencia, a los aviones la ascendente para volar. Gracias al downforce, losmonoplazas pueden tomar las curvas a velocidades de vértigo, ya que la aerodinámica de uncoche de estas características es capaz de desarrollar una fuerza G (Fuerza gravitatoria) de 3,5g(Tres veces y medio el peso del monoplaza).Posteriormente, a mediados de los 70 se descubre el efecto suelo. Los descubridores fueron losingenieros de Lotus, se dieron cuenta de que no sólo los alerones sirven para generaraerodinámica si no que el propio coche también. Significa que el propio suelo (la parte de abajo)del monoplaza puede crear un efecto downforce. Incluso se llegó a instalar un ventilador bajo elcoche para conseguir más adherencia, pero esto tras una carrera fue retirado.
  • 8. Así que la aerodinámica de la Fórmula 1 se basa principalmente en unaspecto. Cuanto más downforce más manejable pero más lento es elcoche, cuanto menos downforce, será más rápido pero menos manejable.Así en circuitos como Mónaco, el coche tendrá alerones muy agresivos yvoluminosos, que generan más adherencia, pero a la vez más resistenciaal aire (por lo que la velocidad es menor). En circuito como el de Monza,todo lo contrario.Todas las piezas que integran un monoplaza tienen su efecto aerodinámico, desde la suspensiónhasta el casco del conductor, todo influye en estas precisas máquinas, por eso hasta la piezamás pequeña, tiene su función en un monoplaza.