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Secretos de un Formula 1 Cap. 3 y 4

Hola taringueros aca les traigo los siguientes capitulos que nos seguiran mostrando todas las partes de estas increibles maquinas. Espero que lo disfruten.



CAPITULO 3: NORMAS Y PRINCIPIOS


Partiendo desde cero, veamos lo que es un automóvil de carreras:
cajón + motor + ruedas + freno + dirección + depósito combustible = coche .

Eso parece claro que será un coche, puede que hace 100 años fuera de carreras, pero no hoy en día. ¿Por qué?. Resumiendo… pues porque hoy en día, un coche de carreras lleva un montón de cosas más que marcan la diferencia con respecto a un coche “vulgar”, y evidentemente todas están enfocadas para conseguir un objetivo final claro, “que corra mucho en las rectas y también en las curvas” (todos conocemos ya “de vista” muchos de esos elementos).
Resulta evidente que cuanto más potente y eficaz sea un motor, más podrá correr en las rectas, pero entre otras muchas cosas, la potencia del motor no marca la diferencia en las curvas y además puede ser inefectiva en las rectas.
Aún así, en este capítulo no entraremos en las mejoras de motores, eso quedará para más adelante. Consideraremos siempre los elementos de mejora con respecto al uso de un mismo motor, lo cual por lo menos no complica más las cosas.
Es decir, suponiendo que tenemos un motor concreto, trataremos de hacer el resto para que ese motor corra lo mejor posible.
Tampoco vamos a entrar en un curso de aerodinámica, damos por supuesto que todo el mundo sabe que existe, además de que hay una serie de desarrollos sólidos o “figuras” que son más fáciles de mover a través de un medio o fluido, sea líquido o gaseoso.
Hemos dicho que vamos a colocar las cosas “al cajón” para conseguir que corra como un F1 (dando por supuesto que tenemos las piezas de un F1 …).
Pues para ello, el cajón ha de ser descompuesto en el montón de piezas exteriores que hemos visto hasta el momento, lo que nos lleva a dejarle reducido a una plancha plana que será la que usemos para el suelo o bajos.
Estamos hablando de piezas exteriores, es decir que van a estar en contacto con el aire exterior en pista, por lo que NO deberíamos olvidarnos en ningún momento de los efectos aerodinámicos. Pero de momento los obviaremos hasta llegar a la zona de carenado o exterior.
Además, la FIA (Federación Internacional de Automovilismo), organismo oficial de la F1 encargada de la normativa de competición y técnica de vehículos de F1, establece las reglas de la competición a todos los niveles, p.ej.: establece los materiales y proporciones máximas de las partes del motor, establece un tipo de motor (2400cc., 4 tiempos, atmosférico, 90º de bancada, 19000 rpm máximo…), establece fabricantes para las ruedas (Bridgestone), establece unas rigurosísimas medidas de seguridad, y también impone unas formas y dimensiones máximas o mínimas en cuanto a las partes del coche,estas son:

MOTOR
Tipo de Motor 4 Tiempos Aspirado
Cilindrada Máxima 2400cc.
Angulo de bancada 90º
Nº de cilindros 8
Máximo Nº de Válvulas por cilindro 4, 2 de admisión y 2 de expulsión
Geometría de cabezas de válvula Sección cilíndrica
Material de Pistones Aleación de aluminio
Diámetro de Cilindros Inferior a 98 mm.
Turbos y sobrealimentaciones Prohibidos.
Cigüeñal y árbol de levas Acero o hierro fundido.
Presión de inyección de combustible Inferior a 100 bares.
Escapes de geometría variable Prohibidos.
Doble transmisión y sobrecarga de motor Prohibidos.
Peso mínimo del motor 95Kg.
Materiales exóticos (porcelanas...) Prohibidos.
Máximo Nº de Revoluciones por minuto (rpm) 19000

CAJA DE CAMBIOS
Tipo de cambio Manual o semiautomático.
Nº de marchas De 4 a 7
Marcha atrás Obligatoria.

CHASIS
Longitud Máx. por delante del eje delantero 900mm.
Longitud Máx. por detrás del eje trasero 650mm.
Longitud máxima de batalla (entre ejes) 3100mm.
Altura Máxima 950mm. al plano de referencia.
Anchura Máxima 1800mm. en el eje trasero y con ruedas.

COMBUSTIBLE
Nº de depósitos de combustible 1
Capacidad Máxima de Combustible 100 Kg.
Capacidad Máxima del depósito Preinyección 2 L.
Tipos de combustible Según norma 98/70 EC.
Temperatura en depósito Máxima diferencia : Ambiente -10º C.

FRENOS
Tipo de Frenos Disco.
Diámetro del disco de freno 278mm.
Grosor del disco de freno 28mm.
Freno motor Prohibido.
Freno de Mano y sistemas antibloqueo Prohibidos.
PESOS (incluyendo piloto)
Peso Mínimo en Calificatorias 605Kg.
Peso Mínimo en Carrera 605Kg.

ALERONES
Distancia al eje delantero del Alerón Frontal 1200mm.
Distancia al eje trasero del Alerón Posterior 600mm.
Altura Máxima del Alerón Posterior 800mm al plano de referencia.
Altura Mínima del Alerón deltantero 200mm al plano de referencia.

ELECTRONICA
Sistemas anti-calado Prohibidos.
Telemetría bidireccional Prohibida.
Frecuencias entre 2.0GHz y 2.3GHz. Prohibidas.
Ayudas de arranque y puesta en marcha Prohibidas.
Control de altura y suspensión Prohibidos.
Control de Tracción Prohibido.
Asistencias a la dirección Prohibidas.

RUEDAS Y LLANTAS Mínimo Máximo
Anchura de ruedas delanteras 305 mm. 355 mm.
Anchura de ruedas traseras 365 mm. 380 mm
Diámetro máximo de ruedas 660 mm. 660 mm.

Es decir, hemos de montar el vehículo cumpliendo el reglamento de competición de la FIA (para que el coche sea homologado para la competición), y los aditamentos exteriores han de estar dentro de la normativa, por lo que por ejemplo, no deben tener una flexión superior a lo establecido cuando la máxima cantidad de aire les impacte.

De la aplicación de todo lo anterior se desprenden los principios básicos del diseño, p.ej. que la forma que han de tener los bajos ha de ser plana (además del patín impuesto por reglamento), para poder usar lo que de efecto suelo sea posible debido a la altura mínima a la que tiene que quedar el fondo según las normas. Y continuando con las mismas reglas, la forma frontal del coche ha de ser de mínima resistencia aerodinámica, con objeto de que el aire (no tan simple a 300Km/h) roce lo justo para el buen comportamiento del conjunto.

En realidad todo el exterior, no solo los aditamentos (alerones, aletas, divisores… ) sino también la propia carrocería de base ha de funcionar con estos mismos principios, y puesto que debemos atenernos a los reglamentos, al final del diseño previo siempre queda una forma ideal que cumpla las normas, y que invariablemente tiene un aspecto similar al ya visto en los gráficos de la FIA en el documento adjunto.

O como el del siguiente dibujo, que esquematiza las corrientes de aire en los dos mayores puntos de apoyo, los alerones; Y un tercer punto vital, los bajos, suelo o fondo.



el alerón delantero puede entregar hasta un 25% del empuje vertical y el trasero hasta un 33% , queda al menos un 42% para generarlo con el resto de la carrocería (fondo, chasis, aletines, divisores, aspas… ).



Principios básicos del diseño.



Longitud de batalla (colocación de ejes): se nos establece una separación máxima, la distancia real de cada coche depende de cada diseño, pero supondremos que es la que nos indican como máxima (por fijar alguna).

Posicionamiento del centro de gravedad (balance de pesos): mientras pese el mínimo (605Kg con piloto) no hay límite. Hay un objetivo a tratar de conseguir, que el centro de gravedad esté lo más bajo posible, eso aumentará la estabilidad del coche en todos los aspectos. Además cuanto menos pese más fácil será moverlo y antes frenará. Otra cosa es cómo colocamos los componentes para que pese el mínimo, para ello no hay indicaciones, pero dependerá de cómo solventemos el siguiente punto. Después también podremos reajustar (en menor medida) el balance de pesos con los balastros.

Distribución de las partes mayores (motor, caja de cambios, asiento…), por reglamento se fija la posición del piloto y del motor, así como la tracción, que han de ser traseros. Tras esto, no hace falta ser Einstein para colocar el motor detrás, y a partir de ahí lo demás quedará poco más o menos en los sitios más evidentes para la función de las piezas.

Distribución de los elementos menores por peso o volumen, nunca por importancia, porque por ejemplo, quién dice que no son importantes los frenos?, pues ni abultan ni pesan tanto, y sin embargo también vemos habitualmente como los modifican. También entran en esta categoría todo el ejército de elementos aerodinámicos
Disposición y forma de los alerones: En cuanto a la colocación no creo que haya dudas al respecto. Sobre la forma es otro asunto, tanto es así que dependen hasta del circuito y el tiempo atmosférico ambiental.

A pesar de resultar reiterativo, no puedo dejar de indicar que todo lo mencionado hasta el momento está interrelacionado entre si, de tal manera que un solo cambio en un elemento cualquiera afectará al comportamiento de otras piezas, y por ende al comportamiento del coche en carrera.




CAPITULO 4: DESPIECES Y MONTAJES


Despiece General.



Montajes Básicos y Sistemas.

Partimos de esto, ya colocado:



Para acabar con algo como lo siguiente:



Dirección

Vital. Es el elemento que nos permitirá girar la orientación de las ruedas delanteras, con objeto de que el coche pueda desplazarse en movimientos que no sean en línea recta, es decir, permite hacer girar al vehículo siguiendo la trayectoria de las curvas.



Se acciona desde el volante (obviamente, haciéndole girar), lo que a su vez hace girar la columna de la dirección, que es la barra que lleva el movimiento hasta la cremallera, que es la parte que transmite el giro de la barra de dirección a los semiejes empujadores o bieletas de cada rueda. Cada uno de estos semiejes desemboca en un empujador final, que es el que materialmente tira o empuja de la rueda para conseguir moverla.

El sistema básico por el que consigue esto es un simple conjunto de engranaje llamado cremallera, que no es 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 de rueda para que giren hacia los lados.

Un detalle importante a conocer es, que mientras en un coche normal el volante puede dar hasta 3 vueltas completas para hacer girar las ruedas unos 30º, en F1 el volante solo dispone de poco más de ¾ de vuelta para hacer girar las ruedas unos 25º como máximo. Así que la precisión y sensibilidad con el volante es crucial.

Volante

Es un sistema polivalente, y de los más espectaculares de un bólido de F1.



Su principal misión, evidentemente, es la de gobernar la dirección que lleva el vehículo, tal y como hemos visto con la dirección, de la que es un elemento más.

Pero lo que le hace tan llamativo y espectacular es el hecho de que es donde están todos los controles del piloto, excepto obviamente los pedales.

Cada escudería fabrica su volante con su electrónica, que es mucho más actual que la de la ECU, entre otras razones, para disminuir su peso y aumentar su velocidad de operación.

Como se puede ver, está lleno de botones y conmutadores, los cuales sirven para regular funciones tales como …

Régimen de motor (mapa de encendido, revoluciones); Nivel de mezcla (consumo).

Tarado de suspensiones (delantera/trasera); Bomba de líquido para beber.

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 más.

En el frontal también hay una pantalla LCD, indicadores numéricos, a sus costados las luces de estado de carrera (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 en arrancada, y las superiores, la de un lado sube las marchas y la del otro lado las baja (a gusto del piloto que lado sube y cual baja).

Se ha de poder desconectar completamente según reglamento, entre otras cosas, para que el piloto pueda entrar y salir.

Caja de cambios

Es el bloque que se encarga de transmitir las vueltas del eje del motor (cigüeñal) al eje de las ruedas traseras (palier).

Para entender la necesidad de este artilugio, basta solo con pensar que las ruedas traseras tienen 0,66m de diámetro (norma FIA), lo que supone 2,07m de avance por vuelta. Con una relación 1:1 (1 vuelta de cigüeñal se transmite a 1 vuelta del palier), si van a 10000 rpm (de las 18000 permitidas) serían 20700 metros por minuto!, o lo que es lo mismo 1244 Km/h.

Queda clara la necesidad de reducir la relación de transmisión entre ejes. De ahí su nombre, “transmisión”, y puesto que hay que modificar esas relaciones de transmisión de giros, de paso, que sea con varias relaciones distintas, para así poder adaptarse mejor a todas las posibles circunstancias de carrera, incluida la reversa o marcha atrás.



Su funcionamiento en esencia es enlazar los ejes con una serie de engranajes con distinta cantidad de piñones (o dientes), así se consigue que una vuelta del cigüeñal pueda ser menos de una vuelta del palier, y según la marcha engranada, tendrá una relación de giro más cercana al 1:1 cuanto mayor sea la marcha (obvio, sabido es que el coche corre más con la 6ª marcha que con la 1ª).

Debido a que la diferencia de régimen de giro de los distintos ejes (cigüeñal y palier) es elevada , y la potencia transmitida es también considerable, parece evidente que deberían de llevar algo para sincronizar los árboles, pero puesto que sus piñones no son helicoidales, sino rectos, y también a que el punto de cambio está finamente calculado (siempre se cambia de marcha a una superior en el margen superior de giro, o siempre se reduce a lo que en estas máquinas son pocas rpm.), al contrario que en los coches de calle, estas cajas no necesitan de sistemas de sincronización. Además, tampoco están pensadas para hacer 100000Km. como en nuestros coches…

Hay que mencionar la tremenda cantidad de fuerzas que se transmiten por este sistema hasta las ruedas traseras, que son las que empujan todo el coche. Por ello la tenacidad de sus elementos ha de ser muy alta, pero sin olvidarnos de que ha de pesar lo menos posible, de ahí su delicadeza.

Además los sistemas por los que se engrana una marcha u otra son sistemas hidráulicos, por lo que los sistemas de gobierno han de ser estancos, mientras que el conjunto de ejes y engranajes han de estar sumergidos en lubricante para minimizar los roces, desgastes e inercias indeseadas.

Como se aprecia en la foto de la izquierda, hasta las cajas de cambios de juguete para maquetas, presentan una cierta complejidad (la de la foto solo tiene 2 velocidades), así que las demás …

Actualmente se montan unas cajas de cambios cuyo tiempo de conmutación de marchas es prácticamente cero, lo que permite no dejar de aplicar tracción a las ruedas en ningún momento, y en consecuencia, su complejidad técnica es muy elevada.

Sobre la estructura de choque… pues es eso, una pieza pensada para poder hacer de parachoques trasero, que aunque no evitará los daños mayores al alerón trasero de uno y el frontal del otro (obligando a abandonar generalmente) puede evitar el efecto lanzamiento hacia arriba del coche que impacte en la trasera de otro, y de no menor importancia, evitar daños severos a los pilotos. Y ya de paso…, resulta un sitio ideal para colocar una luz trasera de indicación de posición para los pilotos que vienen por detrás ,además de otras funciones, como casi todo en F1!.

Esto es todo lo que debíamos colocar, y en su aspecto global ya parece algo que recuerda a un coche, pero para que se pueda mover por sí mismo aún faltan elementos, a saber:

Sistema Hidráulico


Es otro sistema polivalente, es decir, tiene múltiples y variadas funciones. Las más importantes son :

1. Encargado de que se puedan cambiar las marchas de la caja de cambios según la orden dada desde el volante, la orden es eléctrica o electrónica y los actuadores en el interior de la caja de cambios son hidráulicos.

2. También es el encargado de que los frenos bloqueen los discos con firmeza para hacerlos parar, aunque los frenos delanteros son un circuito completamente independiente, y los traseros solo comparten el líquido o liga con el circuito hidráulico general.

3. Ejecuta el famoso balance de frenos, es decir, según una circunstancia concreta, los frenos delanteros frenen más que los traseros, frenen por igual o frenen menos que los traseros, este control como casi todos también está en el volante.

4. Encargado también de la transmisión de la fuerza de giro necesaria para empujar o tirar de las manetas de la dirección, ya que “a mano” resultaría imposible aguantar una carrera completa, debido a lo pesado o duro que se vuelve el agarre de la rueda con el suelo, sobretodo en las frenadas.

5. Resulta vital en el funcionamiento de algunos actuadores de presión en los circuitos de admisión de combustible y aire del motor, directamente relacionados con el uso del acelerador.

Está constituido por:

Una bomba eléctrica de control de flujo y presión, gestionada por la centralita electrónica y los mandos del volante.
Un depósito de líquido para asegurar el suministro al circuito (que aunque debe de ser estanco, si por un problema se perdiera líquido, poder mantener la operatividad del circuito para intentar llegar a boxes).
Un montón de mangueras que serán las encargadas de transmitir la presión a cada uno de los actuadores, que están repartidos por múltiples lugares del vehículo, caja cambios, frenos traseros, motor…
Válvulas de paso, sensores de presión, sensores de caudal, bombines…
En la práctica son varios sistemas hidráulicos separados, pero puesto que todos funcionan

bajo el mismo principio de imcompresibilidad de los líquidos, se puede decir que todos son muy parecidos… salvando los sensores particulares de cada caso, aceite, liga frenos, agua, temperaturas, caudales…



Centralita electrónica de control (ECU)

Este año 2009 se incorpora un tipo de centralita ECU estándar e idéntica para todos los coches (cada equipo puede programar los mapas de gestión como quieran), igualando así los rendimientos por la electrónica en todos los equipos. La ECU es la encargada de sincronizar el funcionamiento de multitud de elementos y sistemas, p.ej.:



La inyección de combustible en el motor y sus cilindros.
Controlar la cantidad exacta de aire para la mezcla con la gasolina a inyectar en los cilindros.
Encargada de recoger los datos del ejército de sensores y captadores electrónicos repartidos por las diferentes partes de coche, para según los datos que haya, corregir el régimen de trabajo del motor en lo permitido por el reglamento FIA.
Sincronización del sistema hidráulico con los demás sistemas.
Proporcionar los datos al volante del piloto para su gestión y transmitir las acciones marcadas por el piloto en los controles del volante para corregir el funcionamiento del coche en cada momento.
Contiene el sistema de radio para voz y canales de comunicación de datos de los sensores del coche hacia el box del equipo. También aporta 2 canales (protegidos y codificados) de transmisión de datos hacia el control de carrera para evitar “trampas”.
También contiene el ADR “Accident Data Recorder”, la caja “negra” del vehículo (para analizar los datos de estado del vehículo en cualquier condición).

La ECU y el volante son los únicos elementos con electrónica activa en todo el vehículo. Aunque todos los equipos (excepto el fabricante : McLaren) han manifestado su descontento por la escasa potencia del modelo impuesto, lo que les rebaja enormemente las posibilidades de control con respecto a pasadas temporadas.

Pedales: freno y acelerador

¿Necesitan comentarios?. Pues sí. Por reglamento no pueden ser elementos electrónicos, es decir, no pueden ser potenciómetros. Lo que no supone un gran problema, pues evidentemente el freno es hidráulico y el acelerador puede ser mecánico (cable) o hidráulico de circuito independiente o común con el circuito hidráulico habitual, aunque después el resultado de este sistema se traduzca a una señal eléctrica o electrónica para ser tratada por la ECU y actuar correspondientemente en el motor..

Suspensiones delantera y trasera

Es el elemento responsable de mantener las ruedas en permanente contacto con el suelo, sea cual sea el estado del asfalto. También y no menos importante, aislar las vibraciones de las ruedas y que no lleguen al chasis ni al piloto.



Sistema Hidráulico , Frenos.

Anteriormente comentamos que el sistema hidráulico es el encargado de efectuar los cambios de marcha en la caja de cambios, cuya orden se da desde el volante. También es el responsable de los frenos, si bien el circuito hidráulico de los frenos delanteros es totalmente independiente, y el circuito trasero sólo comparte el líquido con el circuito hidráulico, líquido llamado liga o comúnmente líquido de frenos. Es decir, la liga de los frenos delanteros es distinta de la de los frenos traseros o del sistema hidráulico.



Al presionar el pedal, el empujador aplica presión al reforzador, que aumenta y transmite la presión a la bomba, lo que la hace funcionar y aplicar una presión proporcional en el circuito, que a través de los bombines, hacen salir a los pistones, que a su vez empujan las pastillas contra el disco, frenando el giro del disco que está unido a la rueda.

Hay que mencionar un hecho vital para el funcionamiento correcto de los frenos, su temperatura.

Los discos de freno, son discos de carbono, y su temperatura de trabajo operativa, comienza sobre los 750º y llega a alcanzar los 1200º en su uso extremo. A la vista de esto, resulta vital una buena refrigeración del conjunto, que por normativa se ha de realizar con el aire ambiental.

Pero hay un detalle más que también es fundamental, cuando un disco sobrepasa los 800º se comporta de manera óptima, pero si después se enfría demasiado (por debajo de 250º) la superficie sufre una especie de cristalización, lo que los convierte en prácticamente inefectivos hasta que no vuelvan a alcanzar los 800º; Pero tras “cristalizar” la fricción es menor y su aumento de temperatura es mucho más lento de lo normal, con lo que las frenadas han de ser mucho más largas para que vuelvan a coger su temperatura óptima.

Es por esta razón, por la que la zona de los frenos es una de las más modificadas carrera tras carrera, y es fuente de controvertidos elementos, como las actuales tapas de ruedas que innovó Ferrari en el año 2006 y que casi todos los equipos han adoptado más recientemente, cuya función primordial es mejorar la extracción del flujo de aire que refrigera los frenos.

Depósito de combustible.

Tal y como vimos en los despieces, está ubicado detrás del piloto y delante del motor, dentro del monocasco, pero fuera de la célula de supervivencia, y por normativa ha de permanecer íntegro tras los impactos, aunque se pueda deformar.



No existe una normativa que específicamente limite su capacidad, aunque los requisitos del propio diseño imponen unas tendencias por las que su capacidad ronda los 100 litros, o más concretamente, los 100 Kg de peso en lleno, pues aunque el litro de gasolina no pesa un kilo, el depósito vacío también pesa.

Tal y como se aprecia en la foto, la bomba de la gasolina se encuentra ubicada en la parte central inferior del depósito.




Hasta aca los capitulos 3 y 4 espero que les haya gustado.

FUENTE: http://www.f1revolution.com



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