Elementos de un Fórmula 1 Opciones

[Guest_lemec_*]

como dato curioso, por si a alguien le interesa, este sistema de amortiguacion lo utilizan los Japoneses (quienes originalmente desarrollaron el concepto de oposicion armonica) para mejorar la resistencia de edificions, puentes, etc; frente a los terremotos.

[bridge]

Ferrari ha optado por alargar los bujes y así evitar problemas a la hora de cambiar los neumáticos traseros al meter la pistola.

[bridge]

La caja de cambios:http://www.youtube.com/watch?v=uD-oEwSU28E&eurl=http%3A%2F%2Fwww%2Eclubf1%2Ees%2Fviewtopic%2Ephp%3Ft%3D1834[URL-NOMBRE]Vídeo



Los piñones de la caja de cambios, están expuestos a esfuerzos extraordinarios. Estos piñones son de acero de alta resistencia. La caja misma es de fundición de titanio.

La conversión del par y de las revoluciones del motor es sólo una de las funciones que asume la caja de cambios. Además, debe ser capaz de transmitir las fuerzas que soporta el tren de rodaje hacia el chasis a través del motor.



Edited by - bridge on 3/24/2007 8:59:47 PM

[bridge]

Mucho se está hablando a cerca de las innovaciones en las estructuras de los monoplazas.

LA QUILLA es la parte inferior del morro del coche donde las suspensiones delanteras de los neumáticos del coche se unen con la carrocería.

Dependiendo de como se integre esta conexión entre suspensiones y carrocería se clasifican los tipos de quilla que presentan los Fórmula 1.

Monoquilla: Las suspensiones se unen al carrocería del coche en un solo punto, llegando a coincidir las barras de suspensión de uno y otro lado, quedando por debajo del morro.



Doblequilla: Las suspensiones se unen al carrocería en los extremos de su parte inferior, en este caso las barras de suspensión no se tocan, y quedan por debajo del morro.



Quilla-Zero: las suspensiones quedan unidas a la carrocería en los extremos, pero lo hacen a la misma altura que el propio morro, no por debajo de éste como en los dos casos anteriores.

[homer15]

Gracias Bridge por este gran topic técnico que ya echabamos en falta.

Como aportación sobre las quillas, decir que los monoplazas de categorias inferiores de años anteriores acostumbraban a usar sistema sin quilla, con fondo plano por todo el suelo del coche.

En F1 hemos visto mono-quilla y doble quilla, decisión que depende de la estructura del resto del chasis ya que determinará un comportamiento u otro del chasis.

Un saludo

[bridge]

EL EFECTO SUELO

En el mundo de automovilismo, generalmente de competición, se busca, al contrario que en aeronáutica, crear una zona de alta presión por encima del vehículo y una de baja presión por debajo, lo que provoca una succión que "aplasta" al vehículo contra el suelo, mejorando el agarre, lo que se traduce en la posibilidad de trazar curvas a mayor velocidad.

Este efecto se introdujo en la Fórmula 1 a finales de los años 70 por parte de Lotus, mediante faldones y un diseño especial de la parte inferior de la carrocería, y por su efectividad no tardó en ser copiado por los demás equipos. Otra técnica que se utilizó, concretamente en el Brabham BT46B, era la extracción del aire de debajo del vehículo mediante un ventilador situado horizontalmente, pero fue prohibida inmediatamente.

Sin embargo, esta técnica tenía el problema de que en cuanto no hubiese una presión lo suficientemente pequeña por debajo del vehículo, cosa que por ejemplo podía pasar si se pasaba a gran velocidad por encima de un bache y el vehículo daba un "saltito", éste podía volverse muy inestable e incluso podía "salir volando". Después de un período de "tolerancia" y tras varios accidentes muy aparatosos, en la mayoría de competiciones, incluida la Fórmula 1, se prohibió o limitó la utilización del efecto suelo por motivos de seguridad.


Se podría pensar erróneamente que aumentando el peso del vehículo, se lograría un mayor efecto suelo ya que el aumento del peso del vehículo se traducuría en mayor fricción de los neumáticos contra el suelo y por ende en un mayor agarre. Lo cierto es que al aumentar la masa del automóvil, aumenta proporcionalmente la fuerza centrífuga y esto hace que esta fuerza venza a la fricción entre los neumáticos y el suelo, perdiéndose el agarre casi por completo.

Lo interesante del efecto suelo es que aumenta considerablemente la fricción entre los neumáticos y el suelo "aerodinámicamente", sin aumentar la masa del automóvil haciendo que el agarre sea mayor a mayores velocidades. El problema se presenta cuando los materiales de la banda de rodamiento de los neumáticos llegan al límite de adherencia contra el suelo, o cuando por accidente se levanta una rueda o el auto avanza ladeado. Cuando esto ocurre, el vehículo simplemente se vuelve incontrolable.

Esta condición causó gravísimos accidentes en competencias de autos de carrera, especialmente en la Fórmula 1. Entre los más trágicos recordados está el que sufrió el piloto canadiense Giles Villeneuve en la tanda clasificatoria del GP de Bélgica de 1982, donde al golpear con una de sus ruedas delanteras la rueda trasera de un auto rezagado, su Ferrari salió prácticamente volando despidiendo por los aires a Villenueve, quien murió en el acto.

Breve Historia del Efecto Suelo:

El uso de alerones en la competición, permitió dar un paso adelante en lo que a prestaciones de los coches se refería, y el empleo del flujo de aire que pasa por el fondo para la creación de carga aerodinámica supuso un salto enorme en dichas prestaciones.

Hacía ya bastante tiempo que se descubrió que el flujo de aire que pasa por debajo de un coche se veía afectado por la proximidad del suelo, pero en un principio sólo se vieron las desventajas, y se intentó frenar el flujo de aire con el propósito de reducir la resistencia. Los primeros ejemplos de esta tendencia son los MG que intentaron batir el récord de velocidad sobre tierra. Durante los años 1968 y 69 hubo muchas discursiones sobre los alerones en los coches de F1, y cuando parecía que fueran a ser prohibidos para siempre, BRM trabajó en el diseño de un chasis cuyo fondo utilizara su propia superficie para generar carga aerodinámica. Peter Wright, trabajando para Tony Rudd, había hecho algunas pruebas durante el 69 en el túnel de viento, y los resultados gustaron tanto a BRM que empezaron a construir en secreto un coche que se aprovechase de estos efectos; este monoplaza nunca llegó a pista debido a la inestabilidad de BRM. Rudd y Wright se fueron de BRM, Peter Wright se fue a Specialised Mouldings, donde diseñó los pontones de forma de ala invertida para el March 701 de F1, que a pesar de usar el principio de ala invertida no explotaba realmente el efecto suelo, debido a que no se colocaban en las proximidades del suelo.

También por esa época el ingeniero Jim Hall produjo la última versión del modelo Chaparral 2J, con un motor suplementario, de una moto de nieve, que propulsaba dos turbinas para extraer aire de la zona baja del coche y crear ahí una zona de baja presión. Para potenciar este hecho, prácticamente toda la parte inferior del coche estaba sellada con tiras de material plástico denominado Lexa. Se estimó que el 2J podía crear una carga aerodinámica de entre 590 y 910 kg. Se consiguió un coche muy competitivo contra los McLaren de la CanAm del 70.

Ese concepto fue prohibido por la organzación porque hubo muchas protestas, pero el camino a seguir estaba marcado, y otra vez fueron Peter Wright y Tony Rudd, ahora en Lotus, con Colin Chapman, los que siguieron otra fase de desarrollo que empezó en el 75. Wright y su equipo emplearon modelos a escala 1/4 en un túnel de viento con suelo móvil para poder simular las condiciones del coche desplazándose por la pista. Se percataron de que los pontones, diseñados para incorporar los radiadores y la gasolina, se movían demasiado y producían inestabilidad.Así que los sujetaron y sellaron los bordes de los pontones con faldones y los resultados empezaron a llegar. Repitieron varias veces las pruebas para ver que lo que ocurría era cierto y que no estaba falseado. Rápidamente se diseñó un nuevo Lotus, el que sería Lotus 78 para que Andretti lo probase, el nuevo diseño fue dos segundos más rápido que el anterior Lotus 77. Cuando el coche fue presentado a la prensa, los diseñadores comentaron simplemente que se había conseguido "algo por nada". Realmente se refería a que se conseguía gran cantidad de apoyo aerodinámico sin apenas resistencia al avance.

Con el Lotus 78 se participó en algunas carreras del año 77, Wright y su equipo siguieron perfeccionando el sistema de los faldones para evitar que saliese aire por los costados del coche. Todas estas mejoras desembocaron en el Lotus 79, primer coche con verdadero efecto suelo, y con el se dominó el campeonato de 1978.

También en el 78, el equipo Brabham quiso aprovechar el flujo de aire por la zona baja del coche recurriendo al empleo de turbinas como el Chaparral 2J de Hall, el Brabham BT 46 con la famosa turbina ganó sin problemas en Suecia y después fue prohibido por las protestas del resto de equipos.

Lotus no quería dejar ver al mundo su obra y para despistar al resto de equipos de cual era el secreto de la ventaja que tenían sus coches, cuando acababan las carreras un mecánico del equipo subía al camión con alguna pieza del coche tapada con una manta, ellos decía que su secreto se encontraba en un nuevo diferencial que habían desarrollado, cuando en realidad todo su secreto se encontraba en los canales que había en el fondo del coche.

Cuando el resto de equipos descubrieron el secreto empezaron a copiarlo y surgieron los wing cars, coches ala, la velocidad de paso por curva creció rápidamente y se volvió peligrosa, se empezó entonces a prohibir los fondos con canales y se impusieron los fondos planos con la intención de reducir el efecto suelo.


Edited by - bridge on 3/28/2007 4:24:43 PM

[Guest_lemec_*]

Una foto de la famosa turbina del BT46

[bridge]

Materiales en un F1: http://www.youtube.com/watch?v=c0IAwesUTlk&eurl=http%3A%2F%2Fwww%2Eclubf1%2Ees%2Fviewtopic%2Ephp%3Ft%3D1828%26sid%3De546ba302f23deff90104b6aa58f5d12[URL-NOMBRE]Vídeo

[Raquel]

Muchísimas GRACIAS, BRIDGE.

Aunque apenas -por no decir nada- comentemos, se agradece mucho el trabajo y recogida de material que has ido dejando en este topic, de forma que podemos tener "ahí puesto" con todo ello para ir recordando cosas, o consultando dudas, o... cómo no, ¡aprendiendo!

[KARNAPLOSKY]

¿No estaba prohibido el uso de Berilio? o se me va la pinza.. (que yo sepa se prohibió en el 99)

[bridge]

Yo tambien había oido que el Berilio se usaba en pistones y válvulas, en forma de aleaciones bastante pobres, pero me has echo dudar y he encontrado esto:

Las principales propiedades del Berilio son:
- Ligero (poco peso)
- Rigido
- Poco deformable
- Punto de fusion elevado (de los materiales ligeros, es de los mas altos)
- Modulo de elasticidad mayor al acero (33%, aprox.)
- Conductividad termica excelente
- No magnetico
- Muy permeable a rayos X (esto significa que mediante rayos X podrian detectarse facilmente microfisuras en la estructura y prever un fallo a rotura o fatiga mucho antes de que ocurra)
- Tiene varios isotopos pero solo uno de ellos es estable (eso significa que tiene varias "variantes" de elemento y casi ninguna estable, con lo cual se descomponen con el tiempo transformandose en otro elemento distinto; o lo que viene a ser algo asi como "radiactivo", aunque sin llegar a serlo realmente, ya que el berilio no emite radiactividad)


Aleaciones cobre-berilio (al 2%):

Tienen caracteristicas similares a los aceros. La adición de un 2% de berilio al cobre forma una aleación no magnética seis veces más fuerte que el cobre. Otra ventaja es que no produce chispas, asi que puede usarse en elementos mecanicos criticos en aviones (y supongo que en cualquier tipo de industria) pero la Aeronautica es la que mas invierte en estos nuevos compuestos (Que mas da que un avion aumente su precio en unos cuantos miles de dolares! pero un coche de calle, pues si importa). Otra industria que lo usa es la petrolera en sus herramientas, ya que imaginad que ocurre si apretando una tuerca o durante una excavacion salta una chispa en una refineria.

En principio parece que todo son ventajas, pero no.

En la actualidad el uso del berilio y aleaciones esta restringido a la industria nuclear (revestimiento de reactores, debido su alto punto de fusion), petrolera (solo para construccion de herramientas) y aeroespacial (revestimientos de cohetes, y partes criticas de aviones)


Precauciones

El principal inconveniente del berilio y sus sales es que son toxicas y potencialmente cancerigenos. La enfermedade que provoca es la beriliosis (problemas de pulmon por exposicion al polvo de berilio)


Conclusion

Aun siendo un material toxico, tanto el berilio como sus compuestos son muy seguros, pero el humo y polvo producidos son altamente toxicos.

Y ya que existen otras aleaciones que pueden resistir las tensiones y temperaturas a las que estan sometidos los elementos mecanicos de un monoplaza, es mejor utilizar una aleacion que resista y que no acarree ningun problema a quien respire el polvo de berilio durante la construccion de cualquier pieza, y que no contamine, antes que este.

Así, es posible, a no ser que alguien nos lo aclare, que al que se le ha ido la pinza, es al amigo Villadelprat.

[Ozzman]

Yo, al igual que Karnaplosky, recuerdo que hace unos años se prohibió el uso de berilio en los motores. ¿El vídeo de Joan Viladelprat de qué año es? A lo mejor es anterior a la prohibición.

Saludos!!

Ozzman
"If you can''t run with the big dogs, stay on the porch"

[bridge]

El vídeo seguro que es despues del 99, ya que Tele5 por esas fechas no emitia las carreras, yo me inclino a pensar que la prohibición fué mas tarde de lo que comenta Karna, he leido que empezaron limitando la aleación al 5%, luego al 2% y posteriormente la prohibición total, por eso seguramente la confusión.

[Vincent Hill]

[RD-170]

Muy interesante el Topic, con estos topics nos podemos hacer idéa aunque sea mínimamente de la dificultad de "tunear" adecuadamente un F1. Que barbaridad ...

[bridge]

LOS FRENOS

Symonds explica el funcionamiento de los frenos.
Los coches de Fórmula Uno, al igual que los aviones militares y algunos de los más modernos aviones de pasajeros, utilizan un material de frenos muy diferentes al que suele encontrarse en los coches de carretera. Un turismo habitual utiliza un disco de frenos de hierro fundido, con una pastilla de frenos orgánica. En cambio, en un F1, se utiliza el mismo material para el disco y la pastilla, y este material se conoce por el nombre de carbono-carbono un material muy distinto al de la fibra de carbono que se utiliza para el resto del coche.

El carbono-carbono es en esencia carbono puro y extremadamente ligero (aprox. el 50% del peso del material standard) y también posee un nivel más alto de fricción en unas temperaturas adecuadas de operatividad. Llega aproximadamente al 0.6 en comparación del 0.3 de los materiales convencionales.

Fabricar los discos de carbono-carbono conlleva un largo proceso en el que se han de invertir cientos de horas de trabajo y en el que los materiales se calientan hasta los 2500°C de temperatura. La complejidad del proceso también explica la otra gran característica de las pastillas y los frenos de disco carbono-carbono: su coste. Un juego de discos de freno (cuatro) cuesta 4500 dólares, mientras que un juego de pastillas (ocho) alcanza los 2400 dólares. Y está previsto que el equipo utilice unos 200 discos a lo largo del año y el doble en cuanto al número de pastillas.


Cuando determinamos el funcionamiento de los frenos, lo hacemos en función de dos parámetros: agarre y consistencia. El agarre es la fricción inicial que se experimenta cuando el piloto presiona el pedal del freno y éstos aún no están en la temperatura idónea para operar. La consistencia se mide en función precisamente de la consistencia de esa fricción durante el periodo en el que el freno está presionado. Los frenos carbono-carbono poseen unas propiedades muy particulares: su rendimiento es relativamente pobre por debajo de una temperatura de 400°C, pero es óptimo cuando se mueve alrededor de los 650°C.

Lamentablemente, mientras que los frenos convencionales sufren el desgaste habitual de cualquier material de fricción, un freno de carbono no sólo acusa este desgaste sino que también sufre un proceso conocido por oxidación. La oxidación, en términos coloquiales, se da cuando la superficie del freno se va quemando, y a temperaturas que rondan los 600°C ese proceso se acelera y se convierte en el principal motivo de desgaste del freno.

Teniendo en cuenta que durante una carrera las temperaturas de los discos de freno pueden llegar a los 1200°C, es evidente que el la oxidación es un factor muy significativo en el proceso de desgaste de los frenos. En las rectas, por supuesto, los conductos de los frenos hacen llegar aire a los frenos para que la temperatura caiga por debajo del nivel de oxidación, pero como estas altas temperaturas se mantienen durante un tiempo relativamente extenso, paradójicamente el aire que se utiliza para refrigerarlos contiene una cantidad de oxígeno que acelera el proceso de desgaste.

El otro factor a tener en cuenta es el de la refrigeración de los frenos. Los frenos de todos los coches de competición son refrigerados insuflando aire por sus conductos y repartiéndolo a través de los respiraderos radiales del disco, así como también por la superficie de los discos y las pastillas. La cantidad de aire que llega a los frenos se controla a través del tamaño de los conductos, y para un circuito con frenadas tan importantes como el de Montreal, nos vemos obligados a utilizar los conductos más grandes de la temporada. Moverse de los conductos de refrigeración más pequeños a los más grandes puede suponer una pérdida de hasta el 1.5% de la eficacia aerodinámica, lo que representa también una pérdida de 1 kph en velocidad punta.

De hecho, el tamaño de los conductos no sólo se mide por objetivos aerodinámicos: los conductos más pequeños se utilizan en circuitos que exigen menos a los frenos para poder controlar las temperaturas de éstos y conseguir un correcto equilibrio entre un alto rendimiento y un índice aceptable de desgaste.

Cuando un piloto experimentado se pone por primera vez al volante de un coche de F1, normalmente y casi sin excepción, su primer comentario tiene que ver con la potencia y la eficacia de los frenos. Un coche moderno de F1 puede alcanzar 5.5g bajo frenada cuando un coche de carretera probablemente no alcanzaría 1g. Además, los coches de F1 no utilizan servo, así que el piloto tiene que presionar el pedal muy fuerte para provocar la presión del freno (por encima de los 100 bar). Por supuesto, cuando se pisan los frenos en un coche que rueda a 330 kph, el monoplaza tiene una alta carga aerodinámica y las ruedas no se bloquean. Sin embargo, cuando el coche va bajando de velocidad, el apoyo aerodinámico desaparece y por lo tanto el agarre del neumático se ve reducido, pero también los frenos alcanzan su nivel óptimo: de este modo, la capacidad para frenar la fuerza del coche disminuye, pero la eficacia de los frenos se incrementa.

Si el piloto mantuviese el pedal del freno pisado a fondo durante demasiado tiempo, las ruedas no tardarían en bloquearse, así es que el piloto debe ir modificando su presión sobre el pedal del freno para intentar evitar que las ruedas lleguen a un punto en el que se bloquean. A diferencia de cuando se circula por carretera, donde lo ideal es frenar en recta, un piloto de carreras tiene que frenar también en curva para intentar obtener un buen crono. Como el coche en ese momento experimenta la fuerza de la frenada y también de la curva, es fácil poder llegar a bloquear la rueda delantera interior. Esto provocaría subviraje, así que el piloto nuevamente debe modular su frenada para evitar este fenómeno. También es interesante destacar que si bien un coche de F1 cuenta con unos altos niveles de apoyo aerodinámico, también sufre una fricción 2.5 mayor que la de un coche normal, así que en velocidad punta, si levantas el pie del acelerador sin tocar los frenos eso puede provocar una desaceleración en torno a 1g.

Conseguir un buen rendimiento de los frenos es sencillo, pero eso penaliza siempre la aerodinámica, así que de lo que se trata en un Fórmula Uno es de encontrar el máximo rendimiento por parte de los frenos pero reduciendo también lo máximo posible la pérdida de eficacia aerodinámica. Y es en ese punto donde el circuito de Montreal nos plantea su mayor exigencia, ya que combina curvas lentas y chicanes con largas rectas así es que resulta vital contar con un rendimiento de los frenos, pero también con una alta eficacia aerodinámica. Además, cuando la configuración del coche es de baja carga aerodinámica, normalmente se muestra más nervioso en la frenada, exactamente lo que un piloto no desea cuando está intentando ganar confianza y estabilidad en la desaceleración. Manejar todos estos factores, tanto desde el punto de vista del ingeniero como del piloto, es una de las claves para poder completar con éxito el GP de Canadá.

Sistema de frenado
El principio de frenado es simple: Para detener el movimiento de un objeto hay que quitarle energía cinética. El disco gira junto a la rueda y al frenar es oprimido por pastillas de freno sujetas a una pinza de freno hidráulica. Como el disco de freno gira muy rápido la temperatura que alcanza en la frenada es muy elevada, y para evitar que el material del que están hechos se funda o agriete se ha utilizado el carbono, que no llega a fundirse pero se calienta e incluso se vuelve incandescente emitiendo luz de tonalidades entre amarillo, naranja y rojo.
El sistema de frenado esta dividido en 2 partes, existe una bomba hidráulica para las ruedas delanteras y otra para las traseras. Esto asegura que en caso de fallo de un circuito se pueda utilizar el otro para detenerse, si sólo hubiera un circuito y fallara, sería muy difícil detener un F1. La cantidad de presión que ejercen las pinzas hidráulicas sobre los discos de freno, puede ser regulada en todo momento desde el asiento del piloto, de esta manera podemos evitar el sobrecalentamiento de los frenos.
Lo normal es que un 60% de la potencia de frenado se use en el circuito delantero, aunque dependiendo del circuito o gusto del piloto se pueden variar los porcentajes.








Edited by - bridge on 4/5/2007 6:35:09 PM

[Dracang]

Buenas,

Que recuerdos estos foros tecnicos, m acuerdo esos topics gloriosos aqui hace mucho tiempo en los que se aprendia muchisimo.

Y ya que estamos, tengo una pregunta que me imagino algunos podreis contestarme, hace mucho que tengo la curiosidad de saber el por que de lo siguiente.

Como hacen para que segun el coche va mas rapido y aumenta el apoyo aerodinamico (que puede llegar a ser casi dos veces el peso del coche) la suspension no se hunda y vaya siempre abajo del todo?. Supongo que para el mejor funcionamiento del coche tendra que ir siempre a una altura determinada, o varia la altura del chasis al suelo dependiendo de la velocidad y cuanto se hunde la suspension por el "peso" aerodinamico sobre la carroceria?

A ver si alguno me podeis sacar de dudas, gracias!

[bridge]

El alerón delantero es el elemento que limita la "cantidad" de aire que pasa por debajo del coche, obligando a que pase por arriba y con ello aumentando la carga aerodinámica. Esta carga aumenta con la velocidad y como dices, hace que la suspensión comprima al coche hacia el suelo, vamos, que la altura del chasis varia con la velocidad.
En el GP de Brasil, en la recta de meta, casi todos los coches tocan la pista con la zona trasera del suelo plano, aunque aquí los baches influyen mucho e igual no es el mejor ejemplo.

[Dracang]

Pero entonces, esto no hace que ademas de ir mas bajo, la suspension vaya comprimida y pierda gran parte de su recorrido???

[Vincent Hill]

Efectivamente, con la carga aerodinámica, normalmente en las rectas, las suspensiones se comprimen y pierden la posibilidad de actuar, para evitar, que la plancha pueda tocar fondo, debido a la presión ejercida sobre los alerones, en algunos circuitos, colocan unos topes de goma en el recorrido de las suspensiones, para evitar que el amortiguador se comprima al máximo con los baches, conseguir una altura mínima para que no toque el suelo por la presión del aire y los baches.


Edited by - Vincent Hill on 4/5/2007 9:03:17 PM

Edited by - Vincent Hill on 4/5/2007 9:04:32 PM