La caja de cambios de un Fórmula 1


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Breve introducción




El motor y la transmisión de un coche de la Fórmula Uno actual son algunas de las piezas de una maquinaria capaces de soportar la mayor tensión del planeta y la competencia por alcanzar los primeros puestos en la parrilla de largada y lo más alto del podio sigue siendo intensa. Tradicionalmente, el desarrollo de los motores de competición siempre se ha apoyado en un axioma del gran ingeniero automotriz Ferdinand Porsche que decía: "el coche de carreras perfecto cruza la línea de meta en primer lugar y luego se cae a pedazos".
Aunque esto ya no es del todo cierto, las normativas actuales exigen motores que duren más de un fin de semana, el diseño de los motores de la Fórmula Uno moderna sigue siendo un acto de equilibrio entre la potencia que se puede extraer y la necesidad de una suficiente durabilidad.

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Las potencias de salida de un motor en las carreras de la Fórmula Uno son también una fascinante visión de la medida en que este deporte ha cambiado. En la Fórmula Uno de 1950 los coches tenían una potencia específica de alrededor de 100 hp / litro , aproximadamente lo que un coche de calle moderno con 'performance' alcanza hoy en día.

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Esa cifra aumentó en forma constante hasta la llegada de la "era turbo" de 1.500 cm3, algunos de los cuales estaban produciendo nada menos que 750 hp / litro. Luego, una vez que el deporte volvió a la aspiración normal, en 1989 esa cifra decayó nuevamente, antes de volver al aumento constante año a año. La 'batalla por la potencia "de los últimos años prosiguió lentamente hacia la barrera de los 1000hp, algunos equipos llegaron a más de 300 hp / litro en 2005, el último año de los motores de 3 litros con 10 cilindros en V.

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Desde 2006, las regulaciones han impuesto el uso de motores de 2.400 cm3 en arquitectura V8 y las potencias descendieron alrededor del 20 por ciento. Asimismo se ha limitado el número de revoluciones a 18.000 por minuto.
Un motor consume un fenomenal caudal de 450 litros de aire por segundo con un consumo de combustible en carrera por lo general de alrededor de 75 litros cada 100 kilómetros (O lo que es lo mismo 1,4 km/l).
Acelerando a una velocidad tan masiva la fuerza de la aceleración en los pistones equivale a más de 8000 veces la gravedad. Como era de esperar, las fallas motrices relacionadas con estas partes siguen siendo las causas más comunes de los abandonos en las carreras.

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Estos motores se parecen muy poco a los motores de automóviles de calle a excepción de su diseño fundamental de cilindros, pistones y válvulas.

La caja de cambios de un Fórmula 1


El motor es un componente de sostén dentro del coche,entre la "bañera" de fibra de carbono (el cockpit) y la transmisión con caja incluida y la suspensión trasera atornillados a su vez unos a los otros. Por lo tanto, tiene que ser enormemente fuerte. Al mismo tiempo debe ser ligero, compacto y con su masa en el lugar más bajo como sea posible para ayudar a crear un centro de gravedad en la parte más baja del coche y permitir la altura de la carrocería trasera reducida al mínimo.


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¿Qué es una caja de cambios o de velocidades?



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link: http://www.youtube.com/watch?v=XoUmQdyF0yU&feature=player_embedded








link: http://www.youtube.com/watch?v=M3QbgwgxSO0&feature=related




A diferencia de lo que se explica en los videos de arriba en la Fórmula 1 actual se utiliza una caja de seis o siete marchas con engranajes convencionales pero aunque son similares el control y el funcionamiento no es común de ver, es lo más avanzado en el arte de la ingeniería.
Para definirla baste decir que es el conjunto de elementos capaces de transmitir la potencia máxima utilizable erogada por el motor. Acoplada al motor, el embrague y el diferencial forman el Conjunto de la Transmisión de un auto de carreras.

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Además en los autos de la máxima categoría la carcasa forma parte estructural de toda la parte trasera y esta es una diferencia fundamental con respecto a otros autos, por lo que su función es múltiple y tiene una importancia que va más allá de su cometido básico.

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Técnicamente hablando podemos agregar que como bien sabemos el motor produce cierta cantidad de torque o par del motor, que viene a ser la "polenta" del motor expresada en un movimiento circular pero ocurre que ese par no es suficiente para mover la masa del vehículo o si la mueve lo hace muy lentamente, es decir, el motor no hace la fuerza suficiente. Es ahí donde entra la caja de cambios que gracias a una serie de engranajes multiplica el par que entrega el motor, para transmitirle a las ruedas un par mucho mayor y así lograr acelerar al vehículo rápidamente.



Cuando oímos hablar de relaciones de caja no es otra cosa que de engranajes interrelacionados que permiten aplicar esa potencia a distintos regímenes de marcha. Muchas veces podemos encontrar, leer u oír algo parecido a esto:

1ª 3.25:1 ; 2ª 2.20:1........6ª 0.95:1

Estos números nos indican que en primera marcha para que eje de la rueda dé un giro el motor debe girar a 3,25 vueltas y así en sexta la relación es casi de uno a uno, es decir a pleno régimen de revoluciones del motor la caja entrega ese máximo de giros de las ruedas motrices.

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Es sólo por poner un ejemplo ya que dependerán de cada circuito, motor, piloto y condiciones meteorológicas, pudiendo incluso tener 7 marchas para circuitos con rectas muy largas o en motores con rangos de par y de potencia muy estrechos, es decir, aquellos que tienen su rango de funcionamiento óptimo en un margen de revoluciones pequeño como por ejemplo entre las 14.000 y 15.000 rpm serán los puntos donde el motor entrega el torque máximo y la potencia máxima, respectivamente, esto quiere decir que las diferencias entre una marcha y la siguiente serán menores cuando más estrecha sea la banda de funcionamiento de un motor.

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La configuración de las distintas relaciones de caja es para aprovechar el máximo rendimiento de un motor de acuerdo a las exigencias del circuito en el que se correrá, tanto para extraer la máxima aceleración como conseguir la velocidad punta más elevada con el desarrollo de toda la tropilla de caballos que pueda entregar.
Es crucial optimizar esas relaciones para llegar a buenos resultados, de ellas depende que en una vuelta se pueda girar lo más rápido en toda la gama de velocidades que exige ese circuito sin perder ni en lo lento ni en lo rápido.

La caja de cambios de un Fórmula 1


Una de las grandes diferencias entre una caja de cambios convencional y una caja de un Fórmula 1 es la ausencia de sincronización en esta última. La sincronización es necesaria porque la velocidad del motor y la de los engranajes en la caja no es la misma por lo que engranar una marcha sería casi imposible si no se tuviera un dispositivo que actúa como un pequeño embrague y lo que hace es conseguir encajar el engranaje de la marcha que deseamos en el eje de salida o secundario. Son las horquillas selectoras que se marcan en el esquema de abajo:

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link: http://www.youtube.com/watch?v=1o2h8teZOZY&feature=related


En la cajas de un Fórmula 1 estas horquillas son accionadas por un cilindro hueco llamado "barrel" que se ve abajo junto a los engranajes de cada marcha, también se puede observar que los dientes de los mismos, a diferencia de los autos de calle, son rectos ya que son más eficaces pues tienen menos fricción si bien duran menos y son más ruidosos que los helicoidales en uso en los autos de serie.


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Las cajas de cambio de los coches de la Fórmula 1 moderna están altamente automatizadas con los controladores electrónicos de selección de marchas accionados mediante levas montado detrás del volante . Las cajas de cambios "secuenciales" utilizadas son muy similares, en principio, a los de las motos, lo que permite cambios de marcha que se hacen mucho más rápido que con el tradicional selector en 'H', con los selectores de engranajes operados eléctricamente.


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A pesar de niveles de tecnología tan elevados los sistemas de transmisión totalmente automáticos y cajas de cambios relacionadas con la magia, tales como el control de largada o el control integral de tracción, son ilegales, una medida destinada a mantener bajos los costos y poner más énfasis en la habilidad del piloto.

Teniendo en cuenta el enorme costo de estos sistemas de propulsión de ultra-alta tecnología, la FIA introdujo nuevas regulaciones en 2005 limitando a cada coche un motor para dos fines de semana de Gran Premio, con penas de retrogradar 10 puestos para los que infringen la norma.

A partir de 2008, una política similar se aplicó a cajas de cambios, cada una con una duración de cuatro fines de semana de carreras. En 2009 vio la introducción de reglas aún más estrictas limitando a ocho motores por piloto por temporada. Además de estas medidas, se impuso la congelación en el desarrollo de motores al final de la temporada 2006 para que los equipos no sean capaces de alterar los fundamentos en el diseño de sus motores.
En 2010 Ferrari obtuvo un permiso especial de la FIA para modificar el tren de válvulas neumáticas porque causaba grave fallos motrices.












link: http://www.youtube.com/watch?v=BAb5-zBxlcQ&feature=related












link: http://www.youtube.com/watch?v=U28RiBdQgBU






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Entre los innumerables cambios en las reglas para la temporada 2011, una de las menos prominentes es que ahora las cajas de cambios deben durar cinco eventos consecutivos en lugar de cuatro. Además, cada equipo tenía que elegir 30 opciones de relación antes de que comenzara la temporada para cubrir las demandas de los 19 circuitos, que deben ser capaces de hacer frente a las curvas más lentas en Mónaco y las largas rectas de Monza, con DRS habilitado. En la medida que un circuito como el Callejero de Valencia requiere la mayor cantidad de cambios por vuelta de todos los circuitos de esta temporada, 64, y la segunda en cantidad de vueltas por detrás de Singapur, se ofrece la oportunidad perfecta para echar un vistazo a este sistema vital.


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¿Qué desafíos plantean los circuitos callejeros como el de Valencia para con la caja de cambios?

El Circuito Callejero de Valencia requiere 64 cambios de marcha por vuelta, sólo Singapur exige más, con 71 cambios por vuelta. Esto equivale a más de 3.648 cambios por carrera, en comparación con un promedio de la temporada de 3100 cambios. Esto significa, en promedio, que los conductores hacen el cambio de marchas una vez cada 85 metros, frente a una vez cada 61 metros en Mónaco, o en el otro extremo, una vez cada 143 metros en el Spa.


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¿Qué kilometraje debe hacer una caja de cambios evolucionada para este 2011 en relación con el de 2010?

Las cajas de cambio deben ser utilizadas para cinco carreras consecutivas en 2011, en comparación con cuatro en el 2010. El año pasado, una caja de cambios se utilizaba entre 2.100 y 2.500 kms, para este año se espera que recorran entre 2.600 y 3.000 kms. Durante el ciclo de cinco carreras, una caja de cambios, por lo tanto, realizará más de 25.000 cambios de marcha.



¿Cuáles son las carreras más duras para la caja de cambios?

Las carreras más duras para las cajas de cambios son Mónaco, Singapur y Abu Dhabi, donde el cambio los pilotos lo colocan, respectivamente, cada 61m, 71m y 82m. Los principales factores que hacen que una carrera sea exigente son los niveles de par y el número de cambios de marcha, Mónaco y Singapur están a la cabeza por la cantidad de veces que se hacen: 4.000 veces por carrera.

En los circuitos de baja velocidad, las relaciones seleccionadas dan una baja velocidad al auto lo que significa que la caja de cambios tiene que transmitir un par o torque más alto durante más tiempo, también, el coche pasa más tiempo con las marchas bajas, lo que es más perjudicial para los rodamientos o engranajes. La caja de cambios también tiene que soportar los picos de par durante el cambio de marcha, por lo tanto, más cambios se hacen , más tiene que trabajar la caja de cambios .



Carcasa de la caja de cambios del Red Bull RB7
La caja de cambios de un Fórmula 1



¿Qué temperaturas hacen funcionar a la caja de cambios, y qué fuerzas se transmiten?


La temperatura de funcionamiento de la caja de cambios normalmente ronda los 130 ° C, tengamos en cuenta que comparativamente el motor funciona más eficientemente en su temperatura óptima de 107,3 ​​C. El sobrecalentamiento comienza a 110,6 C y a los 113,9 C la esperanza de vida del motor se reduce en un 50%. Su potencia que tiene que transmitir hasta 5000Nm/s en el eje motriz.

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¿Cuánto pesa una caja de cambios y de cuántas piezas se compone?


La propia caja de cambios pesa menos de 40 kg e incluye más de 500 componentes individuales, los cuales incluyen no sólo las funciones de la caja de cambios, sino también los puntos de montaje de la suspensión, la estructura de choque trasero y muchos de los componentes hidráulicos.


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¿Qué tan rápida es una palanca de cambios con estas "cajas sin costura" de un Fórmula Uno moderno?


En cuanto a la transmisión del torque a través de la caja de cambios, meter un cambio le toma cero segundos. El tiempo para las partes mecánicas para completar el mecanismo de cambio es menor que 0,05 segundos, que es un tercio del tiempo que se tarda en abrir y cerrar de ojos. A 250 kilómetros por hora, un coche de Fórmula Uno recorre casi 3,5 m, alrededor de dos tercios de la longitud del propio auto en ese momento.

El artículo 9.6.2 del Reglamento Técnico dice que todos los competidores sólo tienen 30 pares de relación de transmisión disponibles para la temporada, y estos deben ser declarados antes del primer evento del año. ¿Cómo se seleccionan?


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Esta regla significa que los equipos tienen 30 opciones de relación disponibles, no es que sólo 30 relaciones se pueden utilizar. Dentro de este rango, las relaciones se pueden intercambiar entre las carreras para adaptarlas a las características del circuito. Las 30 opciones de relación son elegidas en base a las pruebas de pretemporada con los dos pilotos, además de la simulación de vuelta. Cada piloto tiene las mismos 30 relaciones disponibles.


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¿Cuáles son las relaciones seleccionadas para un circuito específico?


La primera parte del proceso consiste en seleccionar la marcha más alta, que se realiza a través de la simulación de los niveles de ala diversos, además del tiempo de vuelta de compromiso con DRS y sin DRS. Con varias marchas altas optimizadas para correr sin el DRS podría dejar al piloto al límite durante demasiado tiempo cuando el DRS esté activo, mientras que la situación inversa puede costar un tiempo de vuelta demasiado alto sin el DRS, porque la relación de los engranajes es demasiado "larga". En circuitos de alta carga aerodinámica con el DRS se ha incrementado la velocidad máxima unos 15 km/h, mientras que las velocidades son muy similares a los circuitos de carga aerodinámica media, como Montreal, su funcionamiento también puede aumentar la velocidad del motor por cerca de 1.000 rpm.

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El resto de las relaciones se recogen después de correr el circuito en el simulador. Las relaciones deben proporcionar un par suficiente para salir de una curva sin que el motor se empantane, pero, si la relación es muy corta, se hace difícil el control de giro de las ruedas en la salida, o podría hacer que el coche sea nervioso a la entrada de la curva. A su llegada al circuito, las relaciones previstas pueden adaptarse a los niveles de adherencia o, incluso, a la dirección del viento. Dentro del rango de 30 relaciones, que se pueden cambiar libremente entre las prácticas primera(P1) y segunda(P2). Después de la P2, el equipo tiene sólo dos horas para seleccionar las relaciones finales para el resto del evento.




¿Con qué material se fabrican las cajas de cambios actuales ?


La tecnología de los materiales empleada en la Fórmula 1 ha avanzado muchísimo en pocos años y ha permitido la construcción de elementos de la transmisión con formas, acabados y funcionamientos extraordinarios. De las antiguas cajas Hewland de los setenta y ochenta hechas con acero colado se ha llegado a la fabricación en aleaciones metálicas especiales basadas en el magnesio o metales sofisticados y carísimos como el titanio maquinados con equipos de mando numérico de una solidez formidable.


Caja de cambios de magnesio
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Caja de cambios de titanio
La caja de cambios de un Fórmula 1

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Fotos comparativas

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Las dos fotos superiores son de una caja Williams de perfil bajo que si la comparamos con la de abajo se evidencia hasta donde los diseñadores se han arriesgado para conseguir una ganancia aerodinámica que aún no ha dado sus frutos y sí ha traído serios contratiempos en algunas carreras

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Para quitar otros elementos en el paso del aire, Williams ha quitado el enlace del pie inferior del eje de transmisión y la reemplazó con un vínculo en "Z" de la horquilla superior. Un moldeado de fibra de carbono delgado actúa como soporte de la parrilla superior de lasuspensión.
La parte trasera se reduce en la medida de lo posible. El diferencial es impulsado desde el eje transversal del grupo de engranajes del tren principal. La diferencia de eficacia puede estar en cualquier ángulo girado en torno a la línea central del eje transversal. Lo que Williams ha hecho es bajarlo en la medida de lo posible al tiempo que permite las uniones CV cierta consideración y para acceder al eje de arranque . Esto hace que su caja de cambios sea un poco más larga.

La caja de cambios de un Fórmula 1

Uno de los temores desde el punto de vista externo sería la eficiencia estructural del diseño de la cintura, sobre todo el mástil vertical, que apoya su pata por encima de los brazos transversales del diferencial. Williams tendría que comprometer el peso o la rigidez para que el diseño sea eficiente. Así que a pesar de la pérdida de una gran parte de la caja de engranajes, la ganancia puede ser compensada por la falta de penalización de un mayor peso para que el resto de la estructura sea lo suficientemente rígida.
Williams ha conseguido con esta caja de muy bajo perfil una limpieza aerodinámica extrema del sector trasero de la carrocería, realmente su aspecto sería perfecto si se consiguiera un rendimiento mayor del impulsor que por lo visto hasta ahora el Cosworth adolece de una marcada falta de potencia.



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El diferencial











link: http://www.youtube.com/watch?v=nsIViNL5w2c&feature=related



El embrague

El embrague de una Ferrari

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Su funcionamiento











link: http://www.youtube.com/watch?v=89kE6mcF2JM&feature=related


Una prueba de fuerza











link: http://www.youtube.com/watch?v=55FXYx3cME0








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La nota de la FIA dice que hará que todos los equipos ( "tengan o no en uso el soplado en caliente" ) deban cambiar el funcionamiento de sus motores.

Los cambios principales para Silverstone son los siguientes: "Cuando el conductor levante el pie totalmente del pedal del acelerador los mapas de la ECU (Unidad de Control del Motor) deberán estar configurados para que el motor (para todos los efectos) cierre el acelerador. Anteriormente o sea hasta Canadá, era posible configurar los mapas del motor para dejar el acelerador abierto y lograr reducir la potencia del motor por otros medios.

¿Qué se pretende con esto? Que cuando el conductor levante el pie del acelerador por completo, los mapas de la Unidad de Control del Motor ya con la nueva configuración corten el suministro de combustible al motor. Con ello se pretende evitar los llamados 'soplado en caliente."

"Por último, con efecto inmediato, que ya no será posible reprogramar la configuración de la ECU entre la clasificación y la carrera en la expectativa de que esto desalentará los reglajes extremos y agresivos (para los motores, por supuesto) de la ECU para la clasificación. Previamente, el acceso electrónico a la ECU en condiciones de parque cerrado había sido explícitamente permitido."




Hasta ahí la información, pero ¿qué cornos es el mapping o mapeo del motor?




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La actual de Fórmula Uno los motores son muy potentes ( ¡chocolate por la noticia! ), alcanzando alrededor de 800 hp y giran a velocidades de hasta 18.000 revoluciones por minuto (permitidas); esta velocidad de rotación determina en parte la potencia producida del motor y el valor alcanza el máximo a toda velocidad.

Esta potencia no es fácil de alcanzar, y los principales fabricantes tienen que gastar millones de dólares para mantenerse al día. Sólo dotar a esos motores con válvulas capaces de aguantar el traqueteo que significa abrir y cerrar hasta 600 veces ¡por segundo! es una hazaña tecnológica enorme. Y cara. Ganar vale la pena, por lo que más y más grandes fabricantes se aventuraron en la Fórmula Uno con suerte dispar.

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Un motor de F1 está diseñado para sobrevivir a un puñado de cientos de kilómetros, a veces alcanzan unos pocos miles, Partes de los motores, al igual que todas las partes en los coches, están hechos para la cantidad exacta de kilómetros, cada vez más exigidos por la FIA para durar cada vez más aunque el amigo Newey y sus motoristas se las ingenian para sacarle todo el jugo posible a los Renault ( o Infinity) poniendo en riesgo esa durabilidad pero con buenos resultados hasta ahora .


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Así como existe la parte mecánica de la caja con los cambios de marcha secuenciales existe una tecnología "fly-by-wire" que es utilizada para controlar todas sus partes y eso significa que el motor consiste en una masa electrónica. Cuando el pedal del acelerador está apretado, que permite una que una cierta cantidad de aire y combustible entre en el cilindro y cuanto más se presiona el pedal, el aire y el combustible más entrará a la cámara de combustión del cilindro cuanto más potente será la explosión y más rápidas serán las explosiones. Cuanto más grande sea la explosión, más grande es la fuerza sobre el pistón, y por lo tanto, cuanto más grande es la fuerza rotativa en el cigüeñal, que a su vez se transmite a las ruedas, más fuerza cuanto más aceleración hay. Sin embargo, el pedal no está conectado físicamente al motor y aquí es donde la electrónica entra a tallar.

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Caja de cambios manual












link: http://www.youtube.com/watch?v=MgB4a2eN1Qs


En los viejos tiempos había una conexión de cable de metal entre el pedal del acelerador y el motor, el ángulo del pedal estaba relacionado físicamente con la válvula de mariposa (el dispositivo utilizado en el motor para regular la cantidad de aire o mezcla que permite llegar a la cámara de combustión).
Ahora la conexión se realiza a través de un computador, y el "mapa del motor" básicamente le dice al motor qué ángulo del pedal se relaciona con el volumen de aire y combustible permitido en el cilindro . Al hacer esto, el equipo puede dar diferentes "mapas" para cada piloto y para cada circuito, para que puedan sacar el máximo partido del motor. También pueden cambiar los mapas de acuerdo si el clima es húmedo o seco, por lo que el piloto no tiene que cambiar su estilo de conducción. Vale decir que el mapeo o mapping de un motor no es otra cosa que un programa, un software altamente sofisticado que controla el funcionamiento completo del motor ¡Para los chicos es tan fácil en estos días adaptarse a estos programitas de computación!

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ECU de McLaren utilizados en F1 y permite ver su funcionamiento en tiempo real


“Los pilotos de F1 usan el acelerador como si fuera un interruptor” esta frase es de Luca Baldiseri, ex-jefe de pista de Ferrari. Nada más cercano a la realidad. En un Fórmula 1 todo es electrónico, palancas, pedales, embrague, … Es decir, interruptores eléctricos, cuando un piloto acelera y aplasta el pedal contra la tabla le está dando al ON, en milésimas de segundo la ECU entiende que empieza lo bueno.


Acelerador electrónico
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El ingenio electrónico que es la ECU o SECU si le agregamos la "S" por Standard,manda una señal al motor, a la bomba de gasolina y a los inyectores y todo se pone en funcionamiento de manera distinta según el circuito pues cada equipo tiene un mapa del motor para cada trazado. En realidad debo decir que los interruptores en milésimas de segundo pasan de interruptor a funcionar como potenciómetros, la potencia del motor se regula gradualmente como el volumen de una radio. Regulado electrónicamente en fracciones de segundo transmitido por cables "normales" de cobre o de fibra óptica.

Porque eso es lo que es el mapeo y lo reitero: es un software que regula y comanda todas las funciones del motor. Todas, el encendido, el accionamiento de las válvulas, el tiempo de encendido de la chispa, todas las funciones básicas y el cómo debe funcionar en tal o cual circuito están dictadas por esa Unidad de Control Electrónica que se puede programar de la forma que los ingenieros quieran: Sólo por mencionar algo de lo que es capaz baste esta imagen:


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Eso que ven es la apertura de las válvulas de escape cuando aún la explosión en cada cilindro se estaba realizando y esa explosión se prolonga en la primera porción de los ocho tubos de escape.¿Qué ventajas trae esto?: que aunque el piloto haya sacado el pie del acelerador al entrar en una curva esas explosiones se prolongan por milésimas de segundo pero suficientes para suministrar un impulso extra sin arriesgar la integridad del auto al no doblar a una velocidad prohibitiva para tal curva, ahora bien, ¿para qué quieren que el escape siga soplando en una curva? Sencillo, ese impulso extra en el soplado beneficia al difusor que dispone de un mayor tiempo con el aire acelerado por esos gases que crean una mayor fuerza antisustentante que pega el auto contra la pista ganando una mayor transmisión de la potencia del motor lo que se traduce en centésimas ganadas en cada curva que si las multiplicamos por las veintipico de curvas que hay en cada circuito llegamos a la bonita cifra de cinco décimas por vuelta que saca Red Bull desde Australia. ¿ Se entiende?



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¿Qué otras cosas hace este aparatito?

Es digno de mencionar que dentro de sus otras y variadas funciones se destacan la del control del embrague y caja de cambios.

El embrague lo usa el piloto sólo para salir de boxes, está controlado por una palanquita junto a las del cambio una a cada lado del volante pues hay distintas calles de boxes unas giran a la derecha y otras a la izquierda, se suele accionar la contraria al giro. El embrague es necesario usarlo “a mano” para salir despacio de los boxes. En cuanto el piloto suelta el embrague, la ECU toma el control y será la encargada del embrague durante los cambios de marcha. Controla tanto el embrague y tantos parámetros que cuando el monoplaza hace un trompo la ECU lo detecta y sin necesidad de que el piloto haga nada acciona el embrague para evitar el bloqueo del coche y que este, sino se encuentra en la arena o leca o grava, pueda accionar la primera y continúe en carrera.


Enlazando con esto último y para cerrar, la ECU es capaz de gestionar un cambio de marcha en menos de una centésima de segundo con el pedal del acelerador pisado a fondo.

Lo que ha hecho la FIA es introducir una ECU, centralita o cajita mágica, con todas estas propiedades pero eliminando la del control de tracción. Los equipos se han adaptado a ella y ¡vaya que lo hicieron!. Demás está decir que a esta cajita la FIA la controla muy a menudo para que ningún jefe de equipo ponga algo indebido


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Para más detalles la ECU es la que almacena la telemetría, que es descargada posteriormente, cuando ven que un ingeniero conecta una laptop al monoplaza suponen bien lo que está haciendo. La ECU es responsable del envío de datos, algunos telemétricos, de manera constante al box, temperatura del motor, información del sistema hidráulico, desgaste de frenos, etc. Pero, ¿qué es la telemetría?



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La Fórmula 1 es la cúspide en lo que a tecnología se refiere. Sin una refinada aerodinámica, neumáticos casi perfectos, y sin un buen motor no hay manera de correr pero todo esto es inútil si los equipos no dispusieran de una herramienta tan básica como desconocida para mucha gente: la telemetría.

Para empezar definamos a la telemetría: "Es la tecnología que permite el control remoto de algún disposivito o la medición de magnitudes físicas a distancia".

La telemetría llegó a la F1 en los años noventa de la mano de las escuderías Williams y McLaren. Fue un gran avance tecnológico y todos los equipos que no la usaron se quedaron muy atrás en la competición. Los ingenieros recibían en tiempo real información de los monoplazas en pista (tiempo por vuelta, revoluciones del motor, presión del aceite, velocidad del viento, constantes vitales del piloto, etc.) e incluso podían modificar parámetros del coche desde el propio pitwall.

La mejora de los sistemas fue tan grande que a partir del año 2003 la Federación Internacional de Automovilismo (FIA) prohibió que los parámetros del monoplaza fuesen manipulados desde los boxes, y ahora sólo el piloto es el que puede hacerlo desde su volante.

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La caja de cambios de un Fórmula 1



En la Fórmula 1, la telemetría se basa en enlaces por microondas en UHF (300MHz-300GHz) y en conexiones directas con las computadoras en boxes. En las transmisiones inalámbricas la propagación ha de ser por línea visual, es decir, que no haya ningún obstáculo sólido entre las antenas, porque las ondas utilizadas no son capaces de superarlos. Por ello se trabaja con envío de información a corta distancia mediante el uso de distintas antenas, aunque cuando el coche está lejos de los boxes puede haber pérdida de información. Podrían usarse también ondas de radio pero son menos fiables (sufren interferencias) y con un menor ancho de banda (y por lo tanto, no podría transmitirse tanta información).
Para poder enviar información a corta distancia, a lo largo de todos y cada uno de los circuitos del Mundial existen una serie de antenas repetidoras a las que llegan los datos desde los monoplazas. Esos repetidores redirigen la señal hasta el "centro de datos" de cada equipo, uno de esos enormes camiones estacionados en el 'paddock' y de ahí se manda al pitwall para que los directores de equipo puedan ver el comportamiento del coche en pista.

Cada monoplaza lleva incorporada una pequeña antena omnidireccional situada en el dorso del cockpit de 10cm de altura , trabaja a una frecuencia de entre 1,45 y 1,65 GHz, tiene una ganancia de aproximadamente +3 dBi y una potencia de 160W. En la parte trasera del coche también se suele incorporar una segunda antena unidireccional.

El dipolo o antena base situada sobre un mastil encima del "hotel" de cada equipo, tiene una potencia de 100W, ganancia de 8,1 dBi y cuenta con dos posiciones de banda de emisión/recepción: 1,45-1,55GHz y 1,55-1,65GHz.

Esta antena base va conectada a una unidad emisora/receptora CBR-610 que actúa como modem y desencripta la señal con los datos codificados transferidos a una velocidad de hasta 100Mbps. Esta unidad prepara la información registrada por los sensores de coche y almacenada en la ECU de tal forma que pueda gestionarse mediante el potente software 'Atlas', que permite la lectura de los datos mediante complejos gráficos.

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link: http://www.youtube.com/watch?v=0A1xLBgAZc0






De ahora en más


Ante el dominio apabullante de Red Bull en la clasificación progresó la idea en la FIA de restringir significativamente el uso de la electrónica del motor impidiendo el recambio del software entre la clasífica y la carrera. Recuerden que Vettel domina ampliamente en la clasificación y digo Vettel y no Red Bull ya que para mí el software se lo dan al nene para no arriesgar la integridad de los motores que hay que cuidarlos. En carrera es evidente que usan otro software más amigo de los Renault.

Algunos parámetros se ajustan con el volante, pero no todos. En circuitos como Valencia, oficialmente se puede cambiar la configuración de los escapes durante la primera parada en boxes, pero para hacerlo se debe conectar un computadora portátil al coche pero ello tomaría demasiado tiempo. Por lo tanto, está claro que el piloto no puede ser capaz de hacer los cambios de la clasificación en la primer parada en boxes.

Por lo expuesto hay una diferencia entre lo que se define como un mapa del motor y la configuración que el piloto pueda hacer a través del volante como controlar el combustible, el encendido, la configuración de las revoluciones, para aumentar la potencia o causar un menor consumo de combustible o preservar el motor. Pero también hay un nivel superior, en el que el piloto no puede acceder a través del volante. Los parámetros de los motores se gestionan a través de la ECU estándar (SECU), que también incluye los elementos periféricos, tales como la interfaz de volante. Así, para realizar cambios en el mapa principal, el equipo tiene que conectar una laptop portátil en el coche y hace los cambios a través de la interfaz del software.

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Ha sido sugerido que el equipo podría podría haber instalado un código de un control en el volante para alterar el mapa entre agresivo y suave accionando sólo un interruptor después del primer stint, sin embargo, la FIA tiene acceso a los datos de la SECU que controla estos parámetros y puede detectar si este cambio se ha hecho, lo que estaría en contravención de la regla.

No obstante existen probabilidades que el piloto pueda hacer cambios en la configuración en el mapa principal, durante ese primer stint desde el volante, pero no en la medida para pasar de lleno de una forma agresiva a otra suave, simplemente podría encontrar un impulso táctico a corto plazo o de ahorro de consumo de combustible, como lo harían normalmente durante una carrera.

Igualmente se ha sugerido que los equipos podrían desarrollar un método más rápido para modificar el mapa en la primer parada, en lugar de conectar un ordenador portátil se supone que esto es una posibilidad ya que la SECU es compatible con cualquier otro método. Sin embargo, cabe señalar que el objetivo de esta norma es evitar que los agresivos mapas de soplado caliente en la clasificación que se los limitarán hasta el punto de la ineficacia en la próxima carrera (Silverstone), así que es poco probable que cualquier equipo se arriesgaría a una interpretación literal de esta regla. Si es que no hay todavía ninguna información adicional a disposición de los equipos Charlie Whiting, lo que no es público lo prohíbe.



Pero los mapas no son dominio exclusivo de Red Bull, cada equipo tiene diferentes mapas,es más en cada auto el piloto dispone de opciones en el volante, hay un interruptor giratorio con acceso a multimapas con 12 parámetros diferentes. Eso dice que se necesitan más mapas en un coche que sólo para administrar mejor los neumáticos . La mayoría de los equipos tienen 10 mapas que se suelen dividir en dos para los neumáticos de lluvia, dos para interacciones y 6 para los neumáticos de seco. Po ejemplo Ferrari cuyo volante vemos abajo en el que señalo dos perillas que hasta ahora no se sabía cuál eran sus funciones, podemos imaginar que no es errado que están dedicadas al acceso de la puesta a punto a partir de los mapas guardados en la "guantera".

kers


Sin embargo, Sauber tiene un interruptor de 4 vías para adaptar los neumáticos disponibles y esto les da 10 mapas para ajuste de los neumáticos, lo cual significa que tiene 40 mapas disponibles a bordo. Si amplían la imagen del volante del Sauber verán varios botones y perillas que permiten reglar la puesta apunto en varios parámetros como el "pedal map" que actúa sobre el pedal del acelerador, por citar solo uno.

f��rmula 1

En boxes los ingenieros aceden con sus computadoras e introducen los mapas o pueden leerlos e interpretarlos extrayendo miles de datos de los parámetros del funcionamiento completo de todas las partes mecánicas, hidráulicas y eléctricas del monoplaza. Los mapas pueden ser elaborados en dos y tres dimensiones como se muestra abajo:

electr��nica

Los pilotos tienen un máximo de 7 interruptores giratorios en su volante, y también muchos botones. Una cosa que ha sido discutida desde los inicios de esta temporada fue poner un límite a las perillas y botones en el volante. Esto hasta ahora no se ha vuelto a discutir pero es de esperar que se reglamente pronto sobre el volante de un F1 y sea estandarizado. Pero eso es harina de otro costal. Sigamos.

La caja de cambios de un Fórmula 1

Estos mapas se alimentan en tiempo real cuando la telemetría se recibe y estos gráficos evolucionan constantemente a medida que los múltiples sensores transmiten esas variables. pero no esto no es exclusivo de la Fórmula 1, en muchas categorías se puede acceder a esta tecnología inclusive en nuestro TC2000.







Sensores

Para entender la importancia de los sensores en un F1 recomiendo este video












link: http://www.youtube.com/watch?v=pgWF4VYlES0&feature=related








diferencial



La introducción de los sistemas de recuperación de energía cinética (KERS) es una de las presentaciones técnicas más importantes en las carreras de Fórmula Uno. Una categoría que siempre ha vivido con una imagen de enemigo del medio ambiente y que ha perdido algo de su importancia como fuente de aporte a la tecnología de vehículos de calle. Este hecho condujo a la introducción del KERS.

El KERS es un dispositivo de ahorro de energía instalados en los motores para convertir parte de la energía residual erogada durante el frenado en una forma de energía más útil . El sistema almacena la energía producida en la frenada en un depósito y luego libera esa energía almacenada en las aceleraciones.
El objetivo clave de su introducción fue mejorar significativamente el tiempo de vuelta y de ayuda en los adelantamientos . El KERS no fue pensado para mejorar la eficiencia del combustible o reducir el peso del motor. Se trata principalmente de una presentación para mejorar el rendimiento en carrera.

El KERS es una idea original del presidente de la FIA, Max Mosley. Se trata de una iniciativa concreta tomada por la F1 para mostrar respeto hacia el medio ambiente y la pertinencia de la carretera de los coches de F1 modernos. Se trata de un dispositivo híbrido que pretende relacionar amistosamente a la Fórmula Uno con el medio ambiente por caminos relevantes de la tecnología de vanguardia.




Componentes del KERS


Los tres principales componentes del KERS son los siguientes:

Un motor eléctrico situado entre el tanque de combustible y el motor que está conectado directamente al cigüeñal para suministrar energía adicional.
Una batería de alto voltaje de iones de litio que se utiliza para almacenar y entregar la energía rápidamente.
Una caja de control del KERS que supervisa el funcionamiento del motor eléctrico cuando se carga y libera la energía.


embrague
A - El motor eléctrico
B - Unidad de Control Electrónico
C - Batería







caja de cambios

Principio de funcionamiento del KERS












link: http://www.youtube.com/watch?v=7t5IrElFCyA



El Sistemas de Recuperación de la Energía Cinética o KERS trabaja basándose en el principio básico de la física que dice: "La energía ni se crea ni se destruye, sólo se transforma"


kers

Cuando un coche está siendo conducido tiene energía cinética y la misma energía se convierte en energía calorífica en el frenado. Es la fuerza de rotación del coche que se detiene en caso de frenado y en ese momento es también una parte de la energía que se desperdicia.
Con la introducción del sistema KERS la energía no utilizada se almacena en el mismo coche y cuando el piloto pisa el acelerador la energía almacenada de nuevo se convierte en energía cinética. De acuerdo con la normativa de la F1, el sistema KERS le da un extra de hasta 85 hp a los coches de F1 en menos de siete segundos.


Este sistema toma la energía residual del proceso de frenado del vehículo, la almacena y vuelve a utilizarla para aumentar temporalmente la potencia del motor. Este y el siguiente diagrama muestra la colocación típica de los principales componentes en la base del tanque de combustible, e ilustran la funcionalidad básica del sistema, una fase de carga y una fase de impulso.

f��rmula 1

En la fase de carga,la energía cinética de los frenos traseros (1) es capturado por un motor eléctrico del alternador / motor motor eléctrico (2), que está controlado por una unidad central de procesamiento (CPU) (3), que a su vez carga las baterías (4).


electr��nica



link: http://www.youtube.com/watch?v=Mzb7ZRhdp7c




link: http://www.youtube.com/watch?v=SLdepyyupWw&NR=1


En la fase de aceleración, el motor eléctrico / alternador entrega la energía acumulada al motor en un flujo continuo cuando el conductor presiona un botón de impulso en el volante. Esta energía equivale a alrededor de 80 caballos de fuerza y ​​puede ser utilizado para un máximo de 6,6 segundos por vuelta. La ubicación de los principales componentes del KERS están en la base del tanque de combustible reducía la capacidad de combustible (por lo general de 90 a 100 kg en 2008) por alrededor de 15 kilos, lo suficiente como para influir en la estrategia de carrera, sobre todo en circuitos donde antes era posible realizar una sola parada. En este año ya no debido a la prohibición de recargas de combustible lo que obligó a los ingenieros a rediseñar la célula de supervivencia.
El sistema también requiere radiadores adicionales para enfriar las baterías. El KERS mecánico, en comparación con el KERS eléctrico que se muestra aquí, el trabajo en principio es el mismo , pero se utiliza un volante de inercia para almacenar y reutilizar la energía residual.
Un típico sistema KERS pesa unos 35 kilogramos







link: http://www.youtube.com/watch?v=0pqK6UeCSKo



Simulación del beneficio del KERS

BASE DE DATOS DEL COCHE:


TIPO: coches de F1 2011
MOTOR: 2.4 litros V8 con 750 hp
CAJA DE CAMBIOS: 7 Velocidad con relaciones equidistantes
PESO: 650 kg (incluido el piloto y 10 kg de combustible)

La caja de cambios de un Fórmula 1


Con 80 kg de combustible

diferencial


Esta simulación muestra el efecto de la recuperación de 60 kW de energía cinética a 165 km/h. La capacidad de almacenamiento a bordo según las reglas del 2011 significa que después de 6,66 segundos (aproximadamente 10 segundos desde la largada) la energía se agota y el rendimiento vuelve a su nivel original, es decir, la velocidad máxima final es la misma. En la ordenada están marcadas las velocidades en millas (=1,63 km) y en la abscisa el tiempo en segundos.




Tipos de KERS

Hay básicamente dos tipos de sistema KERS:


El KERS electrónico











link: http://www.youtube.com/watch?v=R-A6ZcenX7s&NR=1


El KERS electrónico que es suministrado por la firma italiana Magneti Marelli es un sistema comúnmente utilizado en la F1 por Red Bull, Toro Rosso, Ferrari, Renault y Toyota.
El reto principal que enfrenta este tipo de sistema KERS es que la batería de iones de litio se calienta mucho y por lo tanto, es preciso un conducto adicional en el coche. Años atrás BMW utilizó super-capacitores en lugar de baterías para mantener el sistema frío.
Con este sistema de frenos cuando se aplica en el coche una pequeña porción de la fuerza de rotación o la energía cinética es capturada por el motor eléctrico montado en un extremo del cigüeñal del motor . La principal función del motor eléctrico es para cargar las baterías en los frenados y para liberar la misma energía en la aceleración. Este motor eléctrico convierte la energía cinética en energía eléctrica que se almacena en las baterías de alto voltaje. Cuando el piloto pisa el acelerador la electricidad almacenada en las baterías se utiliza para acelerar el coche.

embrague


El KERS Electromecánico.

Este KERS fue inventado por Ian Foley. El sistema está completamente basado en un volante de carbono en el vacío que está vinculada a través de una transmisión CVT con el diferencial. Con este un depósito de almacenamiento enorme es capaz de almacenar la energía mecánica y el sistema tiene la ventaja de ser independiente de la caja de cambios. La energía de frenado se utiliza para activar el volante y cuando se requiere más energía que las ruedas del coche se acoplan a los giros del volante. Esto da un aumento en la potencia y mejora el rendimiento de carrera.











link: http://www.youtube.com/watch?v=GTT7NEDRNr0&feature=related











link: http://www.youtube.com/watch?v=oU6TlHqMwmY&feature=related





Limitaciones del KERS


Aunque el KERS es uno de los lanzamientos más importantes de la Fórmula Uno tiene algunas limitaciones cuando se trata de rendimiento y eficiencia. A continuación se presentan algunas de las principales limitaciones del KERS:

Sólo un KERS puede ser equipado con el motor existente de un coche.
60 kw es la máxima de entrada y salida de potencia del sistema KERS.
La máxima energía liberada de la KERS en la primera vuelta no debe exceder los 400 kg.
El sistema de recuperación de energía sólo funciona cuando el coche está en movimiento.
Energía liberada por el KERS debe permanecer bajo el control total del piloto.
El sistema de recuperación debe ser controlado por la misma unidad de control electrónico (ECU) utilizada para controlar el motor, la transmisión, el embrague y diferencial.
Sistemas de transmisión continuamente variables no están permitidos para su uso con el KERS.
El sistema de recuperación de energía debe conectarse a un punto en el tren de tracción trasera.
Si en el caso de que el KERS se conectase entre el diferencial y la rueda el par aplicado a cada rueda debe ser el mismo.
El KERS sólo puede trabajar en los coches que están equipados con un solo sistema de frenado







caja de cambios

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