Técnica: Lo que hay que saber sobre un F1

Breve introducción

Por definición de los reglamentos de la FIA en el artículo 1.1 un fórmula 1 es: un automóvil diseñado exclusivamente para las carreras de velocidad en circuitos o cursos cerrados .
Y para que no queden dudas en el artículo 1.2 se establece que un automóvil es: Un vehículo terrestre que se desplaza con al menos cuatro ruedas completas no alineadas de las cuales al menos dos se utilizan para la dirección y al menos dos para la propulsión.
Además está especificado que la carrocería está definida como todas las partes enteramente suspendidas del vehículo en contacto con las corrientes externas de aire , excepto las cámaras, las carcasas de las cámaras
y las partes definitivamente asociados con el funcionamiento mecánico del motor como la transmisión. Las cajas de aire (o tomas), los radiadores y los tubos de escape del motor se consideran partes de la carrocería






Desde 1946 la competición automovilística se ha regido en torno a un conjunto de reglas (de allí el nombre fórmula) que están en constante cambio para el control de la velocidad, la seguridad, mejorar los adelantamientos, reducir los costos o mejorar la eficiencia de los coches con respecto al medio ambiente.
La exigencia fundamental para los coches de F1 es que deben ser monoplazas, con cabinas abiertas y con las ruedas descubiertas.
Para los coches actuales las estadísticas en torno a un coche de F1 son increíbles empezando con el peso que es de apenas 640kg (incluido el piloto) y en la actualidad la potencia de los motores llegan hasta los 830hp con el KERS, esto hace que su relación peso-potencia sea mayor que casi cualquier otro coche.
Si se compara un coche de F1 con un Bugatti Veyron de una potencia cercana a los 1000hp pero que pesa dos toneladas, su relación es menos de la mitad de un F1.
Sólo los dragsters tienen una potencia mayor en relación al peso, ¡pero no doblan a menos que se hagan pedazos!
Toda esta perfomance proviene de un pequeño motor V8 de 2.400 cm3 y una pequeña caja de cambios de siete velocidades . Para permitir que el coche pueda ser tan ligero y aún lo suficientemente fuerte, la mayor parte de su estructura está hecha de fibra de carbono, con metales preciosos tales como el titanio utilizado solo en piezas de gran esfuerzo. Aunque el acero y el humilde aluminio todavía se utilizan en algunas de las partes mecánicas del coche.
Un monoplaza de F1 puede acelerar de 0 a 100 km en 2,5s y pasar a una velocidad máxima de más de 300km/h. Un coche ligeramente modificado de F1 llegó a alcanzar una velocidad máxima de 400km/h.
Cuando se trata de doblar en curvas los coches de F1 no tienen rivales, con 5g en la frenada y más de 3 g en las curvas. Este increíble comportamiento en curva proviene de los neumáticos de gran agarre y la notable carga aerodinámica que literalmente los aplasta contra la pista.
Cuando se acerca a los 200km/h un coche de F1 genera su propio peso en carga aerodinámica, a menudo se sugiere que es posible que un coche de F1 pueda desplazarse invertido por en el techo de un túnel a gran velocidad dada la fuerza ejercida por las alas en el coche.
Comenzaremos a desmenuzar un coche de F1 mirando a sus principales componentes visibles desde el exterior. Aunque la mayor parte de la complejidad se encuentra debajo de la eficiente carrocería de fibra de carbono .
















(Ver )



Dominando la imagen, en la parte delantera, está el spoiler, parte crítica de la aerodinámica de un F1. Aquí se crea más del 25% de la carga aerodinámica. Bajo las reglas actuales no debe exceder 1,80 m de ancho y debe tener una sección media obligatoria de 50 cm sobre la base de una plantilla calculada por la FIA.

Debe existir un estado de equilibrio entre la carga aerodinámica 
en la parte delantera y la carga sobre las ruedas traseras.
Demasiada presión en la parte delantera  incrementa el sobreviraje,
 el exceso en la parte posterior potencia el subviraje







A cada lado de esta sección central están los planos izquierdo y derecho con dos o tres secciones de perfil aerodinámico, conocido como aletas o flaps. Con la forma de un ala de avión invertida, el aire más rápido se mueve por debajo del ala creando una baja presión que aplasta el coche a la pista. Para mantener las presiones
deben separarse ambas zonas por lo que los equipos colocan una placa en el extremo para ayudar al sellar. Éstas junto con la curvatura de las aletas son cada vez más complejas y retorcidas para mejorar el flujo de aire que pasa por abajo del coche.









Por sobre el alerón delantero al que sostiene y para ayudar a la seguridad de la célula de supervivencia en caso de de choque está el cono de la nariz que puede ser rápidamente atornillado a la parte frontal de aquella para permitir el acceso o para reemplazar al alerón delantero dañado en carrera.














El cono de la nariz se ha reglamentado con el fin de cumplir con las pruebas de choque que exige la FIA. Junto con la célula de supervivencia el cono de la nariz se somete a varias pruebas de choque para garantizar la seguridad y a la sobrevida del piloto en caso de un accidente.













Uno de los factores que han hecho que un F1 tan seguro en estos últimos años ha sido el desarrollo de la célula de supervivencia, a menudo denominado simplemente como el monocasco. Esta estructura de fibra de carbono forma en un solo elemento la cabina y el tanque de combustible con una capacidad de al menos 180 litros.



Es increíblemente fuerte y debe poseer paneles a cada lado para evitar que puedan penetrar objetos punzantes en la célula de supervivencia en caso de accidente lateral y puedan herir al piloto. Además deben estar provistos de unas estructuras deformables antichoque, regularmente son cuatro, para absorber la energía y desaceleración de los impactos.
Así que estas células deben ser robustas y que cada equipo sólo construye cuatro o cinco durante una temporada.


Una síntesis de los compuestos de carbono y sus características que intervienen en un monocasco

Los nanotubos de los enlaces carbono-carbono proporcionan unas propiedades mecánicas asombrosas

















El pionero






Los McLaren MP4/1 de 1981 representaron un gran paso adelante en el diseño de los coches de Fórmula 1, ya que fueron los pioneros en el uso de fibra de carbono en la construcción de los chasis.
Excepcionalmente, se trataba de un desarrollo que hizo tanto para mejorar la seguridad en la Fórmula 1 como para el rendimiento en pista.


Los McLaren de fibra de carbono


Originalmente llamado MP4, el coche representó un nuevo comienzo para McLaren. El equipo había caído en sus resultados después que James Hunt ganara el campeonato de pilotos en 1976.
La empresa de Ron Dennis, llamada Proyecto 4, se fusionó con el equipo fundado por Bruce McLaren y las denominaciones de los modelos rompieron con el pasado, la nueva sería: MP4, la fusión de McLaren y Proyecto 4.
Dennis trajo al diseñador John Barnard desde los Estados Unidos para desarrollar un nuevo coche. Los contactos de Barnard con la IndyCar lo acercaron a una empresa con sede en Utah llamado Hércules que tenía experiencia con la fibra de carbono y estaban dispuestos a cooperar en el proyecto de investigación.





La fibra de carbono se había utilizado en los coches de F1 con anterioridad, a partir de su utilización en el Hill GH1 , con el que corriera el rey de Mónaco en 1975. Su diseñador, Andy Smallman, la utilizó para los soportes del alerón trasero.

Sin embargo, McLaren fue el primer equipo en construir un chasis entero con él, utilizando las técnicas que han sido el estándar en la industria durante tres décadas.

Las capas de fibra de carbono se pegan una encima de la otra, formándose alrededor de un molde y unidas con resina. Esto se calienta en un horno grande, llamada autoclave, hasta que se endurece, y el molde se retira dejando el chasis ya formado.



Antes de la fibra de carbono, los equipos construían sus vehículos con placas planas de aluminio en nido de abeja. La fibra de carbono ofrece la ventaja de ser más ligera pero al mismo tiempo resulta más rígida.

La versión original del MP4 resultó ser mucho más rígida de lo que tenía que ser, por lo que un nuevo chasis fue construido utilizando menos capas de fibra de carbono. El resultado fue un chasis que estaba a la par con sus rivales en peso, pero más del doble de rígido como.














El accidente de Watson como prueba de la resistencia de la fibra de carbono




En la vuelta 20 en Monza el coche n° 7 mientras giraba en las curvas de Lesmo se despista a más de 250 km/h. El impacto arrancó el motor y la caja de cambios del coche pero el monocasco se mantuvo intacta conservando la integridad del norirlandés.





Para los vehículos posteriores, la fibra de carbono se colocó dentro del molde, en lugar de fuera de él (un "molde hembra" en lugar de un "molde macho" como se explica en el video de Giorgio Piola), dando una superficie más lisa en el exterior del coche y la posibilidad de ser terminada con bordes suaves y curvilíneos.

Al año siguiente, McLaren dominó el campeonato del mundo con el MP4 / 2 con pilotos formidables como lo fue Niki Lauda en su tentación de volver de su retiro en 1982 y Alain Prost que había regresado al equipo.

Sólo que ahora eran rivales de McLaren, siguiendo su ejemplo: las Ferrari con el modelo 126C4 en 1984 y Williams un año más tarde con el FW10.

En la segunda mitad de la década de 1980, todos los equipos estaban corriendo con chasis de fibra de carbono.














Los paneles de la carrocería a ambos lados del coche se llaman pontones. Estos alojan los radiadores de agua y de aceite para enfriar el motor. También alberga una gran parte de la electrónica, la batería y los radiadores de la caja de cambios.
Están sometidos al flujo de aire y tiran el coche hacia abajo. Los equipos se esfuerzan por hacer los pontones tan pequeños como sea posible mientras deben seguir siendo capaces de enfriar al motor. En 2011 los equipos probaron diferentes enfoques en la forma de los pontones: McLaren dio forma de "L", Red Bull tiene pontones pequeños y Toro Rosso los levantó hasta darles un rebaje.




Esas formas tienden a reducir la fricción y mejorar el flujo sobre el difusor haciendo que el coche sea más rápido en las curvas.







Escondido en la parte trasera del coche está el dispositivo aerodinámico más importante, el difusor. Esta sección en rampa entre los neumáticos traseros crea una baja presión de una manera similar a un ala, pero es mucho más eficiente. Crea casi el 50% de la carga aerodinámica y las reglas han ido progresivamente recortándolo para limitar las velocidades en las curvas.




El difusor hoy tiene sólo 1m de ancho y 12,5 cm de altura. En las últimas temporadas los equipos han encontrado manera de aumentar su rendimiento como por ejemplo el doble difusor de dos pisos introducido en 2009 y prohibido en 2011. A continuación, los equipos encontraron que soplando los gases de escape sobre el difusor también aumentaba su rendimiento y ha sido prohibido








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Actuando como socio del spoiler el alerón también crea alrededor del 25% de la carga aerodinámica. Se ha reducido el tamaño y la eficacia del alerón para limitar la velocidad en curvas. Actualmente, el alerón tiene sólo 75 cm de ancho y sólo puede tener dos secciones de perfil aerodinámico. El ángulo de ataque del alerón varía según la velocidad del circuito




En lo alto de la corriente de aire el alerón crea resistencia aerodinámica y enlentece al coche a altas velocidades por los que las reglas permiten que los equipos aplanar la aleta ganando en velocidad y sobrepasar a otro coche. Esto se conoce como DRS (sistema de reducción de arrastre.






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(Ver mi )




Exteriormente la suspensión en un coche de F1 es muy simple. En cada extremo de los coches hay dos brazos en forma de "V" , conocidos como horquillas que vinculan la rueda al chasis. Entre ambas otro brazo acciona el resorte y el amortiguador, montados en el interior del coche para mantenerlos fuera de la corriente de aire para eliminar la resistencia. Sin embargo, es el trabajo del ángulo de los brazos y son las complejas piezas mecánicas dentro del coche las que hacen tan bien el trabajo de la suspensión.
La suspensión mejora el agarre a baja velocidad y mantienen al coche estable en lo recto de la pista para permitir a la aerodinámica funcione mejor. Por desgracia para el conductor su comodidad tiene baja prioridad al diseñarse una suspensión tan alta.





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Los neumáticos Pirelli son el eslabón fundamental para transferir toda la potencia del motor, disponer de la fuerza de frenado adecuada y soportar las cargas en curva. Para maximizar el agarre los neumáticos son slicks, sin ningún tipo de banda de rodadura.
E condiciones de lluvia los equipos tienen acceso a dos tipos de neumáticos acanalados, para lluvia ligera o pesada. Las reglas exigen que las ruedas tengan un diámetro de 330mm, en contraste con la moda de las ruedas de los coches de calle con flancos más bajos y anchos. Los neumáticos en movimiento también son parte de la suspensión ya que una gran parte del movimiento vertical sobre los baches de la pista es absorbido por el aplastamiento de los neumáticos.










Los secretos de abajo de la piel












Para Enzo Ferrari, el corazón del coche es su motor. En un coche de carreras tiene doble función, además de impulsarlo el block del motor es una parte estructural del coche.
Los motores tienen un desplazamiento de casi 2400cm3 equivalentes a los de un auto de calle pero a diferencia de estos tienen más de 700 caballos de fuerza y alcanzan las 18.000rpm aunque son capaces de 20.000rpm pero su forma es completamente diferente.





Son ocho cilindros en V con un ángulo de 90 grados. El block está conectado adelante a la célula de supervivencia donde va el piloto y por atrás a la caja de cambios soportando las enormes cargas aerodinámicas y las del sistema de suspensión.
En términos de tamaño, los modernos motores son muy pequeños de unos 50 cm de largo y poco más de 40 cm de altura, los reglamentos no sólo imponen un peso mínimo sino que también fijan la distancia mínima del centro de gravedad al suelo.
A principios de 2000 se podían construir motores de 2,4 litros con un peso inferior a los 90 kg.ahora debe pesar al menos 95 kg. Para ayudar a asegurar un alto rendimiento de potencia y fiabilidad necesaria para soportar tres carreras tienen una serie de sistemas auxiliares.
La potencia del motor se controla por una central electrónica situada por encima del mismo. Los inyectores surten el combustible a una presión de 100 bares que es ¡cincuenta veces mayor que la presión de los neumáticos de su coche!




Los coches de F1 utilizan un sistema de control electrónico lo que significa que el comando del pedal del acelerador no es movido mecánicamente sino por un sensor electrónico que convierte cada posición en una señal eléctrica que controla el alimentador de mariposa.
El cerebro que controla todos los parámetros de funcionamiento del motor ea la SECU (Standard Electronic Control Unit) proporcionada por una filial de McLaren.. El módulo tiene una forma triangular inusual y generalmente se coloca en el cockpit.




El combustible se quema dentro de cada cilindro con bujías de 8 mm de diámetro y 40 mm de longitud y de sólo 10 gramos. Los gases de escape salen a través del colector que es uno de los pocos componentes de un coche hecho totalmente a mano por artesanos expertos. El colector está hecha de aleación de metal especial para soportar altas temperaturas llamados Inconnel. Cada conjunto del sistema de escape sólo pesa 1,5 kg.



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Al igual que el motor la caja tiene doble función. contiene los ejes y engranajes de la marchas y su carcasa forma parte del conjunto autoportante del sistema de transmisión y es soporte de las suspensiones Puede estar hecha en aluminio, titanio o fibra de carbono. Por su parte posterior va fijada la estructura anti-choque que protege el coche de las colisiones traseras



Por su ubicación es una zona sensible en términos de aerodinámica y los equipos intentan hacerla lo más delgada y baja para ganar carga adicional. Así que la caja debe ser lo suficientemente robusta como para soportar con seguridad la transmisión y cumplir con los requisitos de ser aerodinámica.





Dentro de la caja hay ocho pares de engranajes, siete hacia adelante y una de retroceso. El piloto no selecciona los cambios mecánicamente con una palanca , como en los coches convencionales, sino a través de paletas en el volante que controla la central electrónica SECU que gestiona los mecanismos electrohidráulicos para cambiar de marcha de manera semiautomática que se han vuelto cada vez más complejas y los cambios entran casi inmediatamente.









El depósito de combustible tiene un volumen suficiente de combustible para completar un Gran Premio. Para la construcción del depósito se ha utilizado la tecnología aeroespacial. El material del que está hecho con goma sintética propiedades de los polímeros a prueba de balas. Se encuentra dentro de la célula de supervivencia de las entre el piloto y el motor. Puede ser llenado con más de 150 kg de combustible y pesa sólo 3,100kg.
Una vez prohibido el repostaje durante la carrera, se han colocado a cada lado sendos orificios para permitir el llenado y vaciado.
El combustible en el depósito está sujeto a la misma aceleración lateral y transversal como el cuerpo del piloto. Para evitar un movimiento brusco del combustible dentro del tanque, se ha procedido a la compartimentación de su interior como paso a explicar.





Una de las grandes piezas de la tecnología actual imprescindible y de obligada utilización pero que no se ve en un coche de F1 es el sistema de combustible compuesto por el tanque de combustible y una serie de bombas que deben tener un funcionamiento súper seguro y ser altamente eficiente para entregar160kg de combustible durante casi dos horas de carrera sin ningún problema de fiabilidad. Pero no siempre fue así.


Breve reseña histórica

Históricamente, los tanques de combustible eran nada más que tanques de metal conformados para caber en cualquier lugar donde podía ser instalado. A menudo propensos a pincharse en los accidentes ante el impacto, el combustible podría fácilmente extenderse y provocar un incendio enorme.
Un ejemplo en un chasis típico de los setenta como el que vemos abajo en el que el piloto se sentaba en una "bañera" de aluminio rodeado de 200 litros de inflamable gasolina.



Y aunque el progresivo desarrollo de los fórmula uno hizo que se adaptaran nuevos parámetros de seguridad como el uso de monocascos con el tanque de combustible único a espaldas del piloto, gentileza de don Colin Chapman en el Lotus 79 que vemos abajo,




el material con que se construían era el poco resistente chasis de la ligera aleación de aluminio que solía partirse en casos muy graves y a pesar ya en por aquel entonces de fundas internas de goma deformables y auto obturables que contenían el combustible no podían impedir incendios muy peligrosos como lo fue en la destrucción del Lotus 78 de Peterson en Monza del '78 que muere por otras causas pero el fuego fue terrible.





La historia de la Fórmula 1 está jalonada por lamentables y terribles accidentes que provocaron varias muertes de valientes pilotos como Lorenzo Bandini Jo Schleser, Piers Courage, Roger Williamson,, entre otros, que murieron por la inexistencia de tanques a pruebas de accidentes y obligaron a los ingenieros y a la FIA a investigar para producir mejoras (ver mis )
El proceso fue lento y la seguridad contra el fuego en caso de choques recién se tuvo a partir de la invención del chasis monocasco de fibra de carbono (ver mi ) que dio origen a un nuevo paradigma en cuanto a la posibilidad de sobrevida del piloto en caso de chocar y la posterior destrucción del monocasco.


Estas pilas o celdas son bolsas flexibles para albergar el combustible han sido el fruto de las adaptaciones de los reglamentos durante décadas en la constante búsqueda de la mayor seguridad y no ha habido ningún incendio del tanque de combustible en una carrera de Fórmula 1 desde el accidente de Gerhard Berger en Imola en 1989 y no habido muertes relacionadas con los incendios desde que Ricardo Palletti en Canadá en 1982 y Elio De Angelis en pruebas en 1986 perdieran la vida en sendos accidentes.
Aclaro que sus decesos se debieron a politraumatismos severísimos y no al fuego en sí pero se destaca que en ambos accidentes el fuego se hace presente y dificultó las tareas de rescate con lo que ello acarrea.
También debo asentar que el Osella FA1C del infortunado Palletti en 1982 estaba hecho en aluminio que en el choque frontal el chasis sufrió la destrucción del habitáculo y roturas en el tanque con el posterior derrame del combustible.












Los grandes incendios en un coche actual de Fórmula 1 son afortunadamente pocos frecuentes. Es justo decir que el mayor salto en la seguridad de la F1 ha sido probablemente la llegada de la pila de combustible flexible junto a los monocascos de fibra de carbono.

















Los sistemas de combustible actuales en la Fórmula 1 se dividen en dos zonas; el depósito de combustible sí mismo y el sistema de bombas de combustible que suministran el combustible al motor





El primer punto en el diseño de la celda de combustible comienza en la oficina de diseño los equipos de F1 con la siguiente consigna: Las celdas de combustible no se pueden extender a más de 400 mm de la línea central de los coches por lo que los tanques están limitados a tener sólo 800 mm de ancho.




Adicionalmente los equipos desean que el combustible en el coche esté tan bajo como fuere posible por lo que la forma del monocasco debe alterarse para lograr la capacidad adecuada ajustando en longitud y altura.
Hoy en día, los equipos deben considerar además el embalaje del depósito de aceite del motor en la parte posterior del monocasco, el registrador de datos de accidentes montado hacia la parte delantera del tanque y la ubicación de las baterías del KERS, comúnmente montadas bajo el área de depósito de combustible.





El depósito tiene que adaptarse a la forma interior del monocasco, incluyendo el espacio para el tanque de aceite del motor


El vacío resultante en el interior del monocasco es el punto de partida para el diseño de la celda de combustible. Esta forma y varios puntos de fijación se proporcionará a usa empresa dedicada a esto como ATL (Aero Tec Laboratories) para realizar el trabajo de diseño del nuevo tanque.
El recubrimiento exterior es relativamente sencillo y debe encajar en el vacío. Pero el diseño de las celdas de combustible va mucho más allá de eso. Dentro de la piel hay dos sistemas que necesitan ser embalados; los deflectores y el sistema completo de las bombas de combustible.




Sistema de los tabiques deflectores internos en el tanque


Se requiere este sistema de deflectores ya que aunque los coches de F1 comiencen las carreras con los tanques llenos para las prácticas, la clasificación y en las partes finales de una carrera la carga de combustible estará reducida respecto de la capacidad de los tanques.
El combustible tenderá a moverse en todas direcciones por las fuerzas resultantes al girar rápidamente. El combustible que se movilice dentro de la cisterna o que haga 'chapoteo', como se lo conoce, creará dos problemas:
En primer lugar el desplazamiento del peso del combustible alterará el equilibrio del coche y en segundo lugar el combustible tiene que estar centrado sobre las bombas de combustible para garantizar que sea entregado constantemente al motor. Así, los equipos de diseño prestarán atención en los sistemas deflectores dentro del tanque que favorezca a la circulación del combustible y dirigirlo hacia las bombas de combustible. Este sistema de tabiques, puertas trampa y colectores está diseñado en CFD.



Este dibujo en AutoCAD de ATL del de un tanque de F1 real muestra la complejidad del sistema de ventilación, los deflectores y la puerta trampa




Mirando el interior de un tanque de combustible de un Honda RA107 a través de la abertura de llenado de combustible, se evidencia el complejo arreglo de los tabiques deflectores.




Detalle de la puerta trampa muestra que a pesar de la complejidad global de la tecnología en uso las partes dentro de un tanque de fórmula 1 son relativamente simples


Teniendo en cuenta las diversas cargas a las que los coches son sometidos en las diferentes pistas. Spa es un buen ejemplo de esas demandas donde hay fuertes frenadas, grandes aceleraciones de altas G en veloces curvas a izquierda y derecha, para no mencionar las cargas verticales de Eau Rouge en el tanque de combustible se produce lo que se llama "chapoteo".
Por lo que aparte de controlar este chapoteo también se debe atender la ventilación interna para que el tanque se llene y se vacíe sin causar variaciones de presión.
Hoy esto es un problema menor desde que el reabastecimiento fue prohibido. Cuando estaba en uso se bombeaba el combustible en una proporción de 12 litros por segundo, esto significaba que el aire necesario para ser ventilado saliera del tanque a la misma velocidad.





Los equipos suelen construir un tanque para pruebas en la fábrica que se monta en una plataforma con agitador, el tanque está equipado con ventanas de plexiglás para observar el comportamiento del combustible en su interior. La plataforma mueve el tanque con las mismas fuerzas que se registran en la pista y mostrará si el sistema de deflectores está funcionando eficazmente.
Tanto la CFD como las pruebas físicas se correlacionan para garantizar que las suposiciones sean correctas, Las pantallas muestran los deflectores en los tres planos verticales para controlar el chapoteo del combustible en todas las curvas,los deflectores laterales controlan el movimiento de aceleración y de frenado, los deflectores horizontales para detener la ascensión del combustible.

Para servir a propósito secundarios los deflectores son necesarios para dirigir el combustible hacia un compartimiento para ser recogido por el sistema de la bomba de combustible. A medida que la carga se aligera, el combustible se dirigido hacia un compartimiento en la parte trasera inferior del tanque, la gravedad tira al combustible hacia abajo mientras que las fuerzas de aceleración lo hace hacia la parte posterior del tanque.
En un primer momento podría parecer lógico que las fuerzas de frenado más fuertes pueden forzar hacia adelante al combustible en el tanque pero la aceleración es la más frecuente y consistente en la mayoría de los circuitos, haciendo de este sea un método más fiable con menos cargas de frenado violentas.
Los deflectores cuentan con trampillas para permitir que el combustible pueda pasar de un compartimiento al siguiente sin retornar. El combustible fluye en cascada hacia abajo gracias a los tabiques deflectores horizontales y hacia la parte posterior del tanque por acción de los verticales.
En este compartimiento final del sistema de combustible se recogerá casi todo el combustible restante del tanque hacia el final de la carrera.
Los coches de Fórmula 1 no cuentan con tanques de reserva. Una de las primeras tareas durante las pruebas es ver qué nivel de combustible permanece en el tanque. Esto se tendrá en cuenta a la hora de dotar del combustible necesario para la clasificación y la carrera.


La construcción

La FIA tiene una serie de reglamentos sobre la construcción y la colocación de las celdas de combustible y aprobó las celdas de un único proveedor, ATL. Cada año, cada equipo va a esta empresa para ayudar a diseñar y fabricar sus propias celdas. A pesar de tener que mantener la confidencialidad comercial de cada cliente, ATL fue capaz de proporcionar información sobre el diseño y la construcción genérica de una moderna celda de combustible para la Fórmula 1 actual.

Comenzando desde el exterior la característica más importante de estas celdas es el material de la cubierta. Este material es resistente a los pinchazos balísticos y es una mezcla de un tejido Kevlar recubierto de goma para ser fuerte y flexible.
El material seleccionado por ATL se llama 818-D (Edición 2003) y se ajusta a todos los requisitos FIA FT5 1999. Los requisitos mínimos de la norma FIA FT5-1999 son una resistencia a la tracción de 954 kg (8,90 KN) una resistencia al desgarro 158 kg ( 1,56 KN); la resistencia a la perforación debe ser de al menos 182 kg(1,78 KN) y la fuerza necesaria para desprender una costura debe ser de 954 kg (8,90 KN)



Sistemas para la provisión de combustible



La construcción del sistema de los tabiques deflectores es un reto. No tanto porque los deflectores sean complejos sino debido a la forma del tanque adonde se debe colocar. Para hacer que el monocasco sea tan rígido como sea posible, sólo hay una pequeña abertura en el coche para adaptar la celda de combustible para meterla.
La celda tiene que ser doblada, arrugada y forzada a través de este agujero pequeño. Si todo el sistema del tanque y el deflector se unió permanentemente en el interior del tanque, nunca cabría. Así, los deflectores son parcialmente desmontables y se unen a la cubierta de la celda con velcro y cremalleras para permitir que todo el conjunto se contraiga para el montaje. Los propios deflectores están hechos de una versión de peso ligero del revestimiento de caucho mientras que las trampillas tienden a estar hechas de fibra de carbono.
Una vez que todas las secciones se ensamblan quedarán rigurosamente unidas al tanque. Los equipos usan seis o más tanques cada año.



El cierre mecanizado que cubre el área del tanque de combustible es visible por debajo de este monocasco del Honda RA107

Una vez estrujado y pasado a través de la pequeña abertura en la parte inferior del monocasco, el depósito de combustible queda asegurado en su posición por unos cuantos sujetadores pequeños, así como la placa de reabastecimiento de combustible y el montaje de la bomba de combustible. Para asegurarse de que el coche se llena con el peso correcto de combustible; la manguera de combustible primero vacía el depósito para luego rellenarlo.. El combustible se controla según el peso en lugar de su volumen dado que el combustible se expandirá cuando se calienta, por lo que el peso es lo más preciso y estable para la medición.






Se han simplificado los sistemas de bombeo de combustible que se componen de: El colector (en gris), las bombas de succión (en amarillo) y bomba de alta presión (en rojo)

En términos simples, el sistema de la bomba de combustible necesita recoger el combustible del tanque y enviarlo al motor, los reglamentos exigen ahora una presión de combustible máxima de 100 bares en el conducto distribuidor de combustible. Pero como ya hemos explicado, el combustible no está estático dentro de la celda y los sistemas deben ser capaces de recogerlo y bombearlo constantemente hacia el motor. La alta precisión de la bomba de presión de combustible se verá afectada si se queda seco, igual que el motor se detendrá si no se suministra combustible. La propia celda está diseñada para llevar el combustible en un solo compartimiento. Dentro de este compartimiento hay dos o tres bombas para recoger el combustible y enviarlo hacia un colector de fibra de carbono




Las bombas de succión se utilizan para tomar combustible desde el fondo del tanque y enviarlo al colector

Las bombas eléctricas son las más robustas y actúan de forma segura aún si no hubiese combustible para que puedan recoger. Son elementos relativamente baratos,en términos de la Fórmula 1 de hoy y rondas las £ 500.
Los equipos pueden diseñar y fabricar sus propias bombas o las compran a proveedores especializados como Marelli. Cada bombas de succión pueden trabajar a las presiones más bajas, alrededor de 1 bar para alimentar el tanque de recolección.


Colector de un tanque de combustible donde también se encuentra el regulador. Foto tomada en el museo de Williams F1

El colector tiene alrededor de 1 ó 2 litros de combustible y esto es suficiente combustible para alimentar al motor durante 30 segundos o más. Esto debería ser tiempo más que suficiente para que las cargas en las curvas puedan mantener el combustible hasta que llegue al compartimiento final, como por ejemplo puede pasar en una curva de altas G como lo 130R en Suzuka.
Los sensores detectan si las bombas de succión no entregan el suficiente combustible,y el equipo advertirá al piloto que el coche inminentemente va a quedarse sin combustible. Aunque los sensores puede comprobar el nivel de combustible en el tanque, esto no será muy preciso cuando l los niveles de combustible son muy bajos.
Los equipos necesitan 1 litro de combustible para ser drenada desde el tanque para la inspección FIA en todo momento.







Desde el colector una alimentación constante de combustible llega a la bomba de alta presión. Una vez más general, el diseño y la fabricación tienen tolerancias muy altas por los equipos o el fabricante del motor de esta bomba es unas diez veces más cara que las bombas de succión.
Normalmente es impulsada a través de un eje de conexión con la unidad de bomba de agua. La interfaz entre la celda de combustible, el monocasco y la bomba de alta presión es crítica, ya que esta es una de las pocas aberturas en la parte inferior del depósito y la prevención de fugas es crítica.






El accionamiento de la bomba de combustible de alta presión pasa a través del tanque.


Limitada a 100bar el combustible es suministrado por la bomba de alta presión y está controlada por un regulador montado en el colector. La tubería del regulador necesita un camino hasta el carril de combustible y, a continuación pasa a los inyectores de combustible. Las tuberías de suministro de combustible son mangueras de uso aeroespacial que tienen un acoplamiento de ruptura en seco en el que salen del monocasco. Si el motor se desprender en un accidente se debe mantener el combustible de manera segura en el tanque. Este tubo de trabajo también tiene una válvula unidireccional manteniendo la presión en el sistema de combustible, lo que hace más fácil de encender el vehículo.
Por último el suministro de combustible al conducto distribuidor está gestionado por una válvula aliviadora de presión (PRV) en el extremo de este conducto. El combustible que no pasa por la PRV vuelve a entrar en el tanque de combustible. Fue esta PRV que produjo la pérdida de combustible en el auto de Lewis Hamilton en los boxes antes del Gran Premio de China 2011.









Un ejemplo del (buen) comportamiento de una celda de combustible en un accidente con serios destrozos

Stéphane Ortelli pierde el control de su Courage-Oreca LMP1 a una velocidad de 315 km / h durante la carrera de los 1000 km de Monza , la segunda ronda de las Series Le Mans del 2011 . Él se escapa con sólo una lesión de tobillo, fueron pequeñas fracturas. Inicialmente se informó de que la causa del accidente no habían sido los frenos sino el desprendimiento del alerón pero más tarde se trató de una avería en la suspensión aunque no se pudo encontrar la pieza en cuestión..











El sistema de lubricación





El circuito del aceite es un poco más complicado; se encuentra en un recipiente en el frente del motor conectado a una bomba que lo inyecta hacia un radiador de aceite que se refrigera con el aire que pasa por el pontón que lo alberga. Una vez enfriado se desplaza hacia el motor y es distribuido por el cigüeñal y los árboles de levas. Una cierta cantidad es rociada en la base de los pistones para mantenerlos "fríos". Este aceite se recoge en el cárter del motor y una pequeña bomba lo devuelve al depósito de donde salió.



Los radiadores




Para mantener la temperatura del motor en niveles aceptables es importante contar con un sistema refrigerante adecuado utilizando líquido estándar y también se logra a través del aceite que lubrica las partes móviles. El circuito de refrigeración por líquido no es diferente a uno de los motores convencionales pero tiene algunas impurezas adicionales para un mejor rendimiento.




La refrigeración se obtiene al ingresar el aire por los pontones laterales que pasa a gran velocidad por dos grandes intercambiadores de calor que están situados uno en cada pontón y por convección el líquido se enfría y retorna al ciclo con una bomba adecuada. El aire que apenas perdió velocidad es evacuado de varias maneras pero en la imagen de abajo es la forna de Red Bull e imitada por otros equipos





La dirección



El sistema de dirección, casi como los frenos, puede ser comandado sólo por medios mecánicos y puede tener un sistema electrónico de apoyo y es similar al de los coches de calle. Los equipos pueden ajustar las relaciones de transmisión para permitir el ángulo de giro necesario para que las ruedas puedan responder a la exigencia del volante que varía según los circuitos, no es lo mismo Monza que Mónaco. El volante está conectado a la columna de dirección a través del enlace mecánico que permite su extracción para el acceso del conductor más fácil a la estrecha cabina y con una serie de contactos electrónicos para gestionar las muchas funciones del mismo.
Es una delicada pieza de ingeniería y es quizás la única que permite un contacto directo del piloto con las ruedas sin que medie un enlace electrónico.



Los frenos



Los coches de F1 usan discos de freno como los coches comunes pero para soportar desaceleraciones de 4g los discos son presionados por seis pistones en las pinzas. Para ahorrar peso son de carbono que de hecho son diez veces más ligeros que los convencionales y capaces de soportar temperaturas mucho más altas. pueden llega a valores por encima de los 800° C y para evitar su sobrecalentamiento son refrigerados por conductos de aire. Van alojados en complejas estructuras aerodinámicas que se colocan dentro de la rueda.






Los reglamentos técnicos exigen que cada coche tiene un doble circuito de frenado hidráulico con dos depósitos separados para las ruedas delanteras y traseras. Esto asegura que, incluso en el caso de un fallo del circuito completo, el frenado todavía debe estar disponible a través del segundo circuito.
Los apoyos electrónicos , tales como el ABS o algún otro sistema de apoyo están prohibidos. El pie del piloto debe pisar el pedal con una fuerza de más de 45 kg para detener un coche a alta velocidad.















Una de las características más importantes e influyentes en un coche de F1 es el spoiler que abarca todo el ancho de 1,8 m, proporciona alrededor de un tercio de la carga aerodinámica y desvía el flujo alrededor de los neumáticos delanteros y el paso del aire por sus superficies crea gradientes de presión creándose el efecto suelo tan buscado. Actualmente, el spoiler es capaz de producir más que suficiente carga aerodinámica, pero su uso es principalmente para equilibrar la carga aerodinámica que se puede crear en la parte trasera del coche por el difusor y el alerón trasero de manera que está sintonizado para dar el equilibrio de manejo que el piloto prefiere en el coche.




El perfil principal tiene una forma muy complicada y puede estar formada por cierto número de secciones de perfil aerodinámico, conocidas como elementos. En el alerón estas secciones se limitan a solo dos elementos: inferior y superior.
El elemento central en el spoiler es conocido como el plano principal y las secciones separadas detrás de él son conocidos como flaps o aletas. El panel principal y las aletas tienen un fuerte ángulo de ataque hacia el flujo de aire que se acerca.



Aquí se producen una mayor carga aerodinámica si el ángulo es más pronunciado o los elementos son más largos. Sin embargo, si se exagera en estos parámetros hará que el aire que pasa bajo el perfil se rompa y se separe bajo el ala y esta deje de producir carga aerodinámica.
Para evitar esto se deben montar estos elementos por separado. El espacio o brecha entre los elementos se llama ranura y permite que el aire que pasa por debajo sirva para mantener el flujo superior. Adicionar elementos y más ranuras harán que no se cree más carga aerodinámica.





A diferencia del alerón el spoiler está relativamente cerca de la pista en el que se da un fenómeno aerodinámico denominado "efecto suelo" que hace que una superficie sea más eficiente cuando está cerca de la pista. Esto funciona hasta el punto donde la brecha entre el ala y la pista es tan pequeño, que el flujo de aire entre ellos se detiene y se pierde efectividad.
Los actuales spoiler en la F1 tienen que estar a más de 75 mm del suelo, sin embargo, si el coche entero está inclinado hacia abajo con la nariz y el spoiler más cerca de la pista hace que se trabaje mejor con el efecto suelo y se cree una mayor carga aerodinámica. Todo lo cerca del suelo que se esté es útil.




Sección Central



Cuando la FIA encargó a un grupo de ingenieros de la F1 para entender cómo los spoilers podrían ser menos sensibles cuando se esté detrás de otro coche se determinó que cuánto más ancho fueran menos sensibles son pero serían demasiado poderosos por lo que se decidió que tengan una sección central neutra con 0° de inclinación.




Desde 2009, esa sección central neutra es obligatoria y debe tener 50 cm de ancho en la mitad del ala ajustada a una plantilla de la FIA. No se puede inclinar el elemento lo que lo hace inútil como un ala. Algunos equipos han encontrado al carenado de montaje de las cámaras permitidas en esa sección, apto para cumplir una función aerodinámica , pero este elemento tiene una aerodinámica neutra que no añade ni quita beneficios.






Cascadas



En la medida que el spoiler está relativamente libre de restricciones en el número de elementos, los equipos encontraron que se pueden adaptar elementos adicionales por encima del perfil principal con la salvedad de que no se pueden superponer en la sección central que debe ser neutra por lo que tienden a ser conectados a la placa terminal.





Al principio, estos elementos pequeños se fijaron para crear carga aerodinámica, el efecto biplano de dos alas se conoce como en cascada. Hoy en día estos elementos en cascada tienden a funcionar para desviar el flujo alrededor de la rueda delantera además de crear carga aerodinámica. En algunos casos, el elemento cascada podría funcionar en sentido inverso y crear elevación con el fin de aumentar el flujo de aire por detrás de ella.



Placa terminal



Dado que un ala invertida funciona mediante la creación de baja presión por debajo y alta por arriba, la diferencia de presión en las puntas hace que ambas anulen la carga aerodinámica creada; para evitar eso se sellan los extremos con una placa, ante solía ser una aleta vertical bastante simple atornillada a las puntas del ala, hoy tiene formas complejas que la fusionan con los elementos principales.
Las reglas demandan que la zona de la placa terminal debe tener una superficie mínima, por lo que los equipos están obligados a crear aletas verticales con un pie horizontal para cumplir con las regulaciones.






Flexibilidad de un spoiler



Los equipos siempre han dado cuenta de que el spoiler es más eficaz cuánto más cerca está de la pista buscando 'efecto suelo' aunque las reglas requieren de una posición de 75 mm sobre el suelo. Lo ingenieros se han encontrado que a medida que la velocidad aumenta la carga aerodinámica dobla el spoiler hacia abajo, esto significa que el perfil cuanto más bajo más eficaz es la producción de la carga aerodinámica.
Las reglas son para prevenir esto y la FIA aplica pruebas de carga para comprobar que no se desvíen demasiado. Sin embargo, los equipos son capaces de construir las alas con la rigidez suficiente para satisfacer los requisitos de la FIA pero que se doblan igual en carrera. Esto se debe a que las cargas en la pista son mayores que las de la prueba.
En este año las pruebas son aún más estrictas sobre los spoilers y los equipos están tratando de superar esas pruebas con alas inusualmente flexibles.





La pérdida de la anti-sustentación inducida


Como se ha mencionado con los elementos del spoiler, un ala que tiene mala circulación de aire debajo de él perderá toda su carga aerodinámica. Esto no es deseable desde un punto de vista del rendimiento dado que esta carga permite que el coche doble más rápido.
Sin embargo con la creación de más carga aerodinámica se crea más fricción ( o arrastre). Esto enlentece al coche en línea recta. Cuando un ala entra en pérdida, no sólo desaparece la carga aerodinámica, sino que también lo hace la resistencia.






A los equipos les encantaría una superficie de alto apoyo aerodinámico en las curvas y de baja resistencia en las rectas, pero no se puede alterar la geometría de los perfiles en movimiento y volver al F-Duct de McLaren de 2010 sobre el alerón trasero que lograba que el alerón perdiera resistencia en las rectas. Esta solución fue prohibida pero Mercedes encontró una nueva idea basada en el mismo principio de disrrupción. Su doble DRS utiliza los efectos del aire que fluye en el alerón para conducirlo hacia adelante y esto reduce la resistencia creada por el spoiler en la recta para obtener una mayor velocidad punta.
También tiene otros beneficios como equilibrar la carga aerodinámica con la parte trasera del coche cuando el DRS está abierto.