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#1 el 18/4/2013, 2:37 pm

Javi_F1M

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Análisis técnico: el FRIC y otros conceptos 'de moda' en el GP de China


Ensalada de ideas, conceptos y piezas vistos en China.

Estas líneas dan inicio a una serie de artículos que firmará el ilustre técnico argentino Enrique Scalabroni, con más de 25 años de experiencia en equipos de Fórmula 1 como Williams, Ferrari y Lotus, así como Peugeot en Le Mans o Dallara en Fórmula 3. Nuestro veterano colaborador Timoteo Briet es coautor de estos pedazos de ingeniería didáctica; Briet es matemático e ingeniero con una alta especialización en dinámica de fluidos computacional, un aporte que complementa el también ingeniero industrial Roberto Pravata.



La intención de estos artículos no es describir todas las piezas nuevas que presentan los equipos en cada carrera, un trabajo que ya realizan Raúl Molina y Héctor Clausell en sus habituales artículos post carrera. Scalabroni, Briet y Pravata se centrarán en algunas de ellas y los principios técnicos que tratan de aprovechar para mejorar las prestaciones de los coches donde se montan.



FERRARI

Las novedades aerodinámicas de Ferrari son aquellas que se ven, pues si hay alguna respecto a los ajustes de la suspensión, que seguro que sí, ésas no se aprecian visualmente; es más: estamos seguros de que el avance tan espectacular de Ferrari tiene que ver también con la suspensión; y de que seremos capaces de conocer estos cambios en próximos Grandes Premios.

La primera modificación que podemos apreciar claramente, son las escamas o rendijas del alerón trasero.




La razón de estas escamas, colocadas estratégicamente sobre el alerón trasero, es simple:

El alerón trasero de un F1 es una caja formada por los dos planos laterales y por el plano superior, que es el propio alerón; por el interior de dicha caja ha de pasar el aire con la mayor velocidad posible para que, de esta forma, produzca una depresión sobre el alerón creándose apoyo aerodinámico, o downforce.

Estas escamas están diseñadas para crear una depresión en la mentada zona central 'hueca', de tal forma que succione el aire que circula por dentro la caja del alerón trasero, haciendo que fluya con más velocidad; en rojo representamos el aire:


Se trata de un sistema ya bastante utilizado por diversas escuderías, que tiene una ventaja respecto a la forma tradicional de conseguir el mismo objetivo; hasta el momento, la finalidad se realizaba colocando un flap Gurney o Nolder en los extremos verticales de las paredes laterales, el cual ofrecía mucha resistencia aerodinámica. Con la incorporación de las citadas rendijas verticales, conseguimos lo mismo, pero con apenas resistencia aerodinámica, lo que equivale a decir que el coche puede disponer de mayor velocidad punta.

Por otro lado, hemos observado una serie de aberturas sobre el suelo justo delante de las ruedas traseras; Red Bull fue el primero en utilizarlas:


El objetivo de estas aberturas es reducir la resistencia justo delante de las ruedas traseras. En esta zona, por debajo del suelo, se produce una alta presión por el choque del aire contra el neumático; si comunicamos dicha zona con la parte superior, reducimos la alta presión, y con ella la resistencia aerodinámica. Además, también mejora el funcionamiento del difusor.

Otra de las novedades técnicas más sobresalientes y visibles se localiza debajo del cockpit; se trata de un difusor de aire, la misma idea que ha implantado Williams en el FW35.

Sabemos ya el porqué de la forma en caja de alerón trasero: aumentar la velocidad y por tanto aumentar el apoyo aerodinámico del alerón trasero. Pues bien, en esta ocasión se trata de algo muy parecido. Todos conocemos los dispositivos que prácticamente todas las escuderías tienen debajo del coche, llamados turning vanes:




El citado dispositivo trata de difuminar (de ahí la palabra difusor) el aire que entra por la parte delantera del coche, lo cual crea una baja presión que succiona el coche hacia abajo y produce downforce.

Cuanta mayor sea la zona de difusión, mayor será el apoyo aerodinámico creado. Aquí es donde ha entrado la tecnología Ferrari: si aumentamos en exceso el área de salida del aire, llegará un momento en que éste no ocupará toda el área de salida, lo cual perjudicará el sistema:


Ferrari lo que ha hecho es en lugar de hacer el dispositivo plano, hacerlo curvo.

Ferrari ha introducido unas formas curvas que sustituyen a las habituales planas. Es más, además de hacer curvos los turning vanes, los ha separado en tres partes como ya habíamos visto en otros equipos. Así pues, a través de cada rendija o grieta, el aire en el interior del conducto así creado es succionado hacia afuera, lo cual consigue un gran área de salida, que era el objetivo; en caso de no haberlo dividido en tres partes, la eficiencia o área de salida hubiera sido menor:


Una magnífica idea de Ferrari, que quizás tenga continuidad en otros equipos; el aumento de downforce es necesariamente sensible, y se produce en una zona determinante del coche, muy cerca del eje delantero.



MERCEDES

Asistimos estas fechas a la utilización del llamado FRIC (Front and Rear Inter-Connected); se trata de un sistema que, salvando las distancias, también fue utilizado por Lotus a principios de 2011 pero que fue prohibido en su variante controlada electrónicamente. El FRIC equilibra el coche para que no varíe de posición en frenadas, de tal manera que mantenga la aerodinámica y conseguir así más apoyo aerodinámico y más constante.

Más adelante (en otros artículos) os enseñaremos cómo leer un 'aero map' de un coche, para de esta forma entender su comportamiento en pista, y saber sus puntos flacos y también sus puntos fuertes. En nuestra opinión es uno de los sistemas más geniales que hemos visto en las últimas temporadas, equiparable por su brillantez al DRS automático.

Es importante comentar los beneficios que implicaría tener un coche equilibrado en altura durante la mayor parte del trazado:

La altura del coche respecto del suelo es muy importante, ya que determina la carga aerodinámica que vamos a obtener en función de la velocidad: si la altura varía, varía la carga y, por tanto, el grip o agarre.


La cantidad de carga en cada eje nos da el balance. Ahora bien, cuando por ejemplo frenamos, hacemos una transferencia de masa sobre el tren delantero, lo que hace que baje el morro, disminuya la altura respecto del suelo, modificando la carga aerodinámica sobre este tren y, por lo tanto, modificando nuestro balance aerodinámico, algo poco deseable.

Si, en la situación anterior, logramos mantener la altura del tren delantero, podremos conservar las cargas en cada eje y eso hará el coche más estable, además de otras ventajas con el reparto de frenada, consumo de neumáticos y la puesta a punto general.

Se trata de conectar hidráulicamente las suspensiones delantera y trasera de forma que, al frenar (el coche tiende a hundir el morro), hace la suspensión más dura, lo cual impide que el morro baje; lo mismo ocurre al girar con las ruedas del lado izquierdo y las del derecho; de esta forma, el coche mantiene la misma altura y posición sobre el asfalto, lo cual consigue la anteriormente citada constancia en la carga aerodinámica.


Es un sistema pasivo, con lo que cumple la normativa vigente; se trata de un sistema legal, a imagen y semejanza de la suspensión activa que ya vimos en la F1 hace muchos años, la cual, controlaba la posición con respecto al asfalto, pero entonces de manera electrónica.

Aquí presentamos algunas imágenes del sistema. Observamos, además de los triángulos de suspensión y la barra que conecta la rueda al amortiguador, otras barras que, al comprimirse o expandirse, hacen que fluya el líquido hidráulico entre la suspensión delantera y trasera:


Hay que considerar un principio básico en el comportamiento de un coche de carreras: el hecho de tener el neumático continuamente tocando el asfalto con la mayor carga aerodinámica posible degrada los neumáticos antes que si la carga aerodinámica es baja, lógicamente. Sin embargo, degrada y calienta más un neumático el hecho de rebotar sobre el asfalto; de ahí que un buen reglaje de suspensión sea tan importante, para evitar estos rebotes continuos y, de paso, aumentar el tiempo de agarre constante.

Pedro de la Rosa ha dicho este fin de semana que "es sorprendente el ritmo de los dos Mercedes". El veterano piloto español dice que es espectacular que logren su mejor crono en el tercer giro, ya que nadie es capaz de hacerlo. A nosotros no nos lo parece, ya que el FRIC supone una ventaja palpable, además de quizás otras soluciones menos evidentes.


LOTUS / WILLIAMS

Por último queríamos mencionar al menos las pequeñas novedades que, aun siendo pequeñas, tienen mucho trabajo detrás; notar por ejemplo el pequeño apéndice que Lotus ha colocado por delante de los pontones; se trata de un pieza-joya de la mejor investigación en túnel de viento:


Lo mismo ocurre con Williams y su alerón frontal; la incorporación de una pequeña ala elevada sobre el alerón, producirá más apoyo aerodinámico, además de optimizar la desviación del flujo hacia atrás:


Cabe destacar que no se trata de 'poner por poner'. Aquellos sistemas como los esbozados aquí, sirven para una escudería y con práctica seguridad no servirían para otra, porque todo el coche forma un conjunto y cada pieza, aerodinámica o no, ha de estar inmersa en la totalidad y funcionar como un todo armónico.

Williams, Red Bull, Mercedes y Ferrari también han introducido novedades en sus alerones delanteros. Es una pieza no sólo susceptible de ser cambiada fácilmente, de ahí que se trabaje mucho con ella, sino que desde un punto de vista aerodinámico es una de las piezas más importantes del coche; esto se debe a que todo el coche se encuentra por detrás del alerón y 'hereda' los flujos que atraviesan primero el alerón, no por su capacidad para producir carga aerodinámica.

Por otra parte, McLaren y Lotus también han modificado la zona de los escapes; han sido cuestiones de detalle que difícilmente pueden producir mejorías muy sustanciales.

Red Bull, con su elevada carga aerodinámica heredada de la pasada temporada, hace que los neumáticos trabajen mucho en curva, es decir, se les demanda mucha aceleración lateral, debido a la gran carga aerodinámica del RB9. Es una, si no la principal, razón por la cual tienen casi la menor velocidad punta de todas las escuderías. Precisamente por eso son buenos, o lo han sido, en clasificación y a una vuelta: inclinan los reglajes del coche para este fin.



REGLAJES PARA CHINA:

Conseguir un reglaje óptimo en un circuito es una tarea compleja que depende del circuito, el clima, el estilo de conducción del piloto, los neumáticos escogidos para ese Gran Premio... por lo que muchos equipos recurren a la simulación para llegar a los Libres 1 con una puesta a punto que se asemeje lo más posible a la óptima.

Vamos a analizar el circuito de Shanghái y nos ayudaremos con un simulador de tiempos por vuelta realizado íntegramente en Excel. Más adelante os explicaremos cómo haceros vuestras propias herramientas, como un Lap Sim.

En carrera, existen contextos radicalmente distintos, como por ejemplo mucho combustible y poco combustible, traducido en mucho peso y poco peso, buen y deficiente agarre, y hay que adaptar la puesta a punto a ambos contextos:

a) Combustible: tiene que ver directamente con el peso del coche; en este circuito tenemos un consumo aproximado de 2,9 kg por vuelta, por lo que pasada una vuelta obtenemos 0,1 segundos de tiempo menor para el siguiente giro. Pesar más o menos por carga de combustible influye en la degradación de los neumáticos así como también en la aerodinámica, ya que modifica nuestra altura respecto del suelo. Por otra parte, si el coche posee más resistencia o drag que otro, consume también más combustible.

b) Aerodinámica: en principio, si un circuito tiene más curvas que rectas, habría que privilegiar la carga aerodinámica en el coche, y lo contrario si tiene más rectas que curvas. Pero no es tan fácil; si producimos mucha carga aerodinámica, perderemos velocidad en recta y los neumáticos se degradarán más rápidamente, lo que afecta a su durabilidad. Ponemos algunos ejemplos. Si saliéramos con una configuración aerodinámica óptima para la larguísima recta de Shanghái (de 1.175 metros de longitud) podemos alcanzar unos increíbles 327 kilómetros/hora al final de ésta (con las relaciones de cambios adecuadas). Tendremos más de 1.396 metros a fondo, ya que la salida de la curva anterior a dicha recta así lo permite. En ese sector somos 0"140 más rápidos que con una puesta a punto equilibrada, pero nuestro tiempo global cae 0"5. Así, nuevamente tendremos que encontrar el bendito equilibrio que nos dé el mejor tiempo global. Este equilibrio se consigue, después de unas cuantas iteraciones, con una carga media-alta.

Después de la calificación, o durante la misma carrera al realizar una parada en boxes, se puede modificar la incidencia del alerón delantero; pero 'tocar' el alerón frontal es sólo para variar el balance o posición del centro de presión global, no para modificar la carga aerodinámica global; de hecho, ésta permanece constante a pesar de modificar la incidencia del alerón delantero.

c) Suspensión: es extremadamente importante en relación al agarre del neumático al asfalto. A veces, ésta 'compite' con la necesaria para conseguir una carga aerodinámica más constante a lo largo del trazado. Este agarre se puede mejorar, por ejemplo, mediante un análisis post rig (del que ya hablaremos más adelante). Concretamente, para este circuito nos inclinaremos por una suspensión más dura para conseguir una respuesta más rápida, lo que mejora el rendimiento en el sector rápido de las curvas enlazadas 7, 8 y 9, pero a cambio de un tratamiento agresivo a los neumáticos que nos puede pasar factura a la hora de conseguir durabilidad, como por ejemplo le ocurrió al equipo Mercedes.

En otros artículos hablaremos de cómo realizar un buen reglaje para suspensiones y de cómo aplicar bien un análisis denominado post rig, que no es ni más ni menos que asignar una serie de valores llamados performances Index a determinadas capacidades del coche y establecer algo así como el punto medio. Es decir, un coche puede ser muy bueno a una vuelta pero malísimo en carrera, así que es mejor un punto medio que haga que el coche sea bueno (aunque no excelente) en ambas facetas, para de esta forma tener posibilidades de ganar el Gran Premio. Es complicado establecer este punto medio, claro, pero es justamente lo que pretenden todos los equipos; ello conlleva también degradar poco los neumáticos, para lograr un tiempo medio por vuelta menor que el resto de competidores.

Así han acabado los neumáticos de Alonso en China; es muy importante cuidarlos adecuadamente, sin que pierdan sus capacidades sobre todo en curva.


Por tanto y a modo de resumen, no queda más remedio, que optimizar el equilibrio entre el grip, resultado de una buena aerodinámica y una buena suspensión y el desgaste de los neumáticos. Nada más y nada menos.

Al finalizar la carrera, el coche se encuentra en el estado que tenía en clasificación, al menos en peso y por tanto en aerodinámica, con lo que es necesario que la puesta a punto contemple el inicio de la carrera pero también la calificación o el final de las carreras.

Como vimos el sábado pasado, sin necesidad de salir en la Pole (aunque sí con posiciones destacables en parrilla), Ferrari ha conseguido un coche rápido en cualquier condición, sin degradar en exceso los neumáticos. Magnífico trabajo.


SOBRE LOS AUTORES

Enrique Scalabroni (Alta Gracia, Córdoba, Argentina, 1949) es un reputado técnico que inició su dilatada trayectoria en 1974, cuando diseñaba monoplazas con motor bicilíndrico de motocicletas en su país natal. Durante varios años trabajó en prototipos Avante de Fórmula 3 que cosecharon éxitos como el campeonato que venció Eliseo Salazar antes de 'mudarse' a Europa. También Scalabroni tomaría el mismo camino, pero antes trabajó con los equipos oficiales de Renault y Ford en F3, adonde fue ingeniero de pista y, en el caso de la marca del óvalo, también desarrolló coches del TC2000.


En 1982 decidió marcharse a Europa, adonde ha vivido sus años dorados. Desde 1982 y hasta mediados de 1985 trabajó para Dallara Automobili, para la que desarrolló, entre otros coches, el primer F3 construido en materiales compuestos. Desde allí dio un gran salto en su trayectoria profesional, para recalar en el equipo Williams de Fórmula 1. A las órdenes de Patrick Head, diseñó coches desde su planteamiento y trabajó con detalle en suspensiones, carrocerías y chasis, con actividad en túnel de viento y diseño de la primera caja de cambios transversal del equipo. Esta época, que fue excelente para Williams con dos títulos mundiales consecutivos en 1986 y 1987.

Ferrari fue la siguiente casa de Scalabroni. Allí fue diseñador jefe de los proyectos 641/1 y 641/2, con el que Alain Prost fue subcampeón del mundo en 1990, y luego dirigió el departamento técnico de Ferrari en Guilford cuando John Barnard abandonó la Scuderia. Aquella estructura era muy onerosa y los resultados tampoco acompañaron, por lo que Scalabroni recaló en el equipo Lotus como director técnico de cara la temporada 1992. Sin embargo, un nuevo reto llegó a la mesa del técnico argentino: trabajar con Tim Wright en el equipo Peugeot Sport, donde fue ingeniero de desarrollo del 905 y responsable también del 906.


Con la retirada de Peugeot, Scalabroni trabajó en una multitud de proyectos, desde modelos de calle de la marca De Tomaso hasta el Coloni CN1 de la Fórmula Nissan con la que Fernando Alonso ganó el campeonato de 1999. Más tarde trabajó como ingeniero consultor en Williams Proyectos Especiales, centrado en la última evolución del Laguna del BTCC. Su retorno a la Fórmula 1 se fraguó con Asiatech, compañía de la que fue director técnico en el desarrollo de los motores que montaron Minardi y Arrows.

De nuevo fuera de la Fórmula 1, fue fundador, director general y presidente de BCN Competición, un equipo que participó durante dos años en Fórmula 3000, otro más en la Fórmula 3 española y cuatro temporadas más en GP2, antes de vender la estructura a los portugueses de Ocean en 2008. Desde entonces trabaja como consultor freelance, con trabajos en equipos de FIA GT y diseños incluso de helicópteros ligeros.

Timoteo Briet (Castellón, España, 1966) es matemático e ingeniero industrial. Profesor de la Universidad Jaime I de Castellón, ha impartido asignaturas de aerodinámica y CFD también en distintos másters, como el organizado Epsilon Euskadi, el de Sun Red en Barcelona, o el que Adrián Campos auspició en Valencia. Dispone de varias patentes, fue responsable del diseño y la construcción de un túnel de viento en Madrid. En competición, tiene experiencia como consultor aerodinámico para F3 y GP2 en Campos Racing, con trabajos puntuales para el Aspar Team de motociclismo y el diseño de réplicas de coches de competición como un Lotus 49 o un Lotus Seven con motor bóxer BMW de 1.200 centímetros cúbicos, entre otros muchos.



Por Enrique Scalabroni, Timoteo Briet y Roberto Pravata
TheF1.com



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