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Los neumáticos en la F1

El neumático es el último punto de contacto entre monoplaza y asfalto, los encargados de transmitir y generar todas las fuerzas que provocan cambios en la dinámica del vehículo, de manera que cualquier ventaja sobre el rival, que hayamos obtenido a base de invertir millones en motor, aerodinámica, electrónica…e infinidad de posibilidades más, pueden no tener efecto tan sólo por culpa de unas ruedas poco competitivas.

Las ruedas de un coche normal están hechas con un cinturón pesado de acero y diseñadas para ser duraderas. Sin embargo, las ruedas de un F1 están diseñadas para que aguanten aproximadamente 200 Km y, como casi todo en el monoplaza, son fabricadas de materiales que pesan muy poco. La estructura es de nylon y poliéster diseñada para soportar fuerzas mayores que las ruedas de carretera, pues estos neumáticos tienen que aguantar cargas de más de una tonelada de fuerza descendente, de 4G de fuerza lateral y de 5G de fuerza longitudinal.

Tipos

Actualmente y desde la temporada 2009, los neumáticos son slicks, ofreciendo una mayor superficie de contacto y mayor agarre. Existen de tres tipos, seco, intermedio y mojado (para lluvia extrema). Respecto a los de seco, disponemos de un compuesto más blando y otro más duro.  La dureza de las ruedas varía en cada gran premio dependiendo de las características de la pista. Durante los GP a cada equipo se le dan dos tipos de compuestos y los pilotos deben usar ambos durante la carrera. Para que los neumáticos sean más duros o más blandos se cambian las proporciones de ingredientes añadidos al caucho, que son tres principalmente: carbón, sulfuro y aceite. Normalmente, cuanto más aceite tenga un compuesto más blando será.

Generalmente asociamos el compuesto a las propiedades de los elastómeros y gomas que forman la superficie del neumático. Así se denominan compuestos blandos a aquellos de menor dureza superficial, que suelen ofrecer mayores valores de adherencia, en cortos intervalos temporales a costa de un mayor desgaste. Por el contrario los compuestos duros, de mayor dureza superficial, suelen ofrecer menores valores de adherencia comparativamente, pero sus propiedades se mantienen más estables durante un mayor periodo de solicitación.

Respecto al neumático intermedio, no es más que una solución de compromiso, para esos dias en los que no se puede predecir el tiempo con suficiente fiabilidad, o para casos especiales en los que la pista esta muy húmeda en algunas zonas y seca en otras.

El próximo GP en el ciruito de Spa-Francorchamps sería un buen ejemplo en el que tranquilamente puede hacer sol en un extremo y llover en el otro.

Una de las peores situaciones en condición de mojado es el “aquaplaning”, es decir el neumático no llega a pisar el suelo cuando pasa sobre un charco de agua, por lo que la rueda resbala. Esto evidentemente reduce los niveles de agarre. Así que los dibujos de las ruedas de F1 actuales están diseñados matemáticamente para repeler la máxima cantidad de agua con el fin de que la goma haga el mayor contacto posible con la pista.

Durabilidad, temperatura y presión.

Los neumaticos de seco, duran entre 80 y 200 km, dependiendo de su dureza (La distancia promedio de un GP, ronda los 300 Km). Trabajan entre 80 y 100ºC.  Por debajo de esa temperatura la adherencia disponible decrece rápidamente, y por encima además de perder adherencia se dispara la velocidad de desgaste del neumático. Por ello,es imprescindible trabajar en esa ventana de temperatura teniendo en cuenta los innumerables factores que afectan a la temperatura de trabajo de la goma: pasando por condicionantes climatológicos (temperatura del asfalto y ambiente), el deslizamiento del neumático contra el asfalto (estilo de pilotaje, grip disponible, situación de carrera), carga y trabajo soportado por el neumático (peso del coche, carga de combustible, carga aerodinámica, setup de suspensiones, etc.), calor proveniente de los frenos, etc
Los de mojado, pueden durar toda la carrera siempre que circulemos sobre mojado. Y es que están hechos para trabajar a unos 40-50ºC, como pasemos demasiado de esa temperatura, no nos duran ni 3 vueltas, debido a las enormes temperaturas que alcanzaria por el rozamiento con el pavimento seco.

La presión de inflado es un parámetro fundamental para el buen funcionamiento del neumático. Cada neumático está diseñado para trabajar en un determinado rango de presiones. En el caso de un F1 estas presiones suelen moverse en el entorno de 1.0 – 1.2 bar, que son presiones relativamente bajas comparadas con las que habitualmente manejamos en nuestros vehículos de serie (entorno a 2.5 bar). Las razones son múltiples: la diferencia de peso, la mayor superficie de contacto para la que es diseñado el neumático, la variabilidad del volumen interno bajo carga del neumático de un F1, etc.

La presión ideal es de 1.20bar, un error de tan solo 0.1 bar por encima o por debajo hace que nuestro neumático nos ofrezca valores de adherencia, respectivamente, entorno a un 2.5% o un 5% inferiores. Es por ello que muchas veces vemos a los ingenieros de pista realizando pequeñísimas variaciones en las presiones de inflado para equilibrar el grip disponible en los ejes delantero y trasero.

La mezcla de aire con la que se hinchan los neumáticos es especial. Lleva mucho nitrógeno para minimizar las variaciones en la presión debido a la temperatura. Esta mezcla mantiene la presión más tiempo que el aire con el que inflamos las ruedas de los vehículos convencionales.

Normalmente se utiliza una mezcla de gas comprimido (78% Nitrógeno, 21% Oxígeno, 1% Otros). Pero, ¿qué ventajas ofrecen?

  1. Menor variación de la presión con la temperatura
  2. Temperatura de trabajo menor.
  3. Reducción del consumo

Algunos equipos han dado un paso más, y utilizan unos gases diferentes, como por ejemplo Ferrari que emplea el HFC (hidrofluorocarbono).  Las ventajas de este gas son:

  • Mayor durabilidad del neumático
  • Temperatura del neumático prácticamente constante

Ahora veremos qué ocurre si se modifica la presión y temperatura del neumático

–  Con presiones excesivamente bajas:

  • Destrucción del Neumático.
  • Problemas de comportamiento.
  • Presiones locales elevadas y sobrecalentamientos.

– Con presiones excesivamente altas:

  • Disminución de las prestaciones en durabilidad.

– Con temperaturas excesivamente bajas:

  • La goma no alcanza su punto óptimo de funcionamiento.
  • Adherencia deficiente.

– Con temperaturas excesivamente altas:

  • Destrucción del neumático por creación de ampollas (blisters)

Problemas en los neumáticos

Blistering

Con temperaturas superiores a 120 grados, comienzar a salir unas “ampollas” en el neumático.

Graining

Deterioro excesivo de la primera capa del neumático, aparece especialmente en los neumáticos delanteros.

Chunking

Trozos del neumático que se arrancan de la misma carcasa

Adherencia

Es la finalidad principal que buscamos en un neumático. Si conseguimos dotarlo de suficiente adherencia, no solo podremos tomar las curvas a mayor velocidad sino que tambien podremos transmitir al suelo esfuerzos de aceleracion o frenada mayores, sin derrapar.

La fuerza de rozamiento que sufre la goma se divide en dos:
Fuerza de adherencia y fuerza de histéresis (para entender este último concepto aquí teneis un ejemplo:)

Si sometemos a la acción de una fuerza (Por ej. en una aceleración fuerte) al caucho, este sufre una deformación proporcional. Una vez desaparezca esta fuerza, el caucho debería volver a su forma original. Pero no es así al 100%. Aún en reposo será perceptible una pequeña deformación, recordándonos que ese material ha sido sometido en el pasado a un esfuerzo.

Ahora imaginemos una rueda de caucho que una vez deformada vuelva a su forma inicial en milésimas de segundo. Al principio perdería adherencia, pero como por sus propiedades, vuelve casi a su forma original muy progresivamente, el contacto con el asfalto es mas duradero. En eso se basa la histéresis…

La adhesión y la histéresis son los componentes del rozamiento. Este se mide mediante un coeficiente de rozamiento que nos indica el grado en que dos superficies rozan entre si. Mayor coef. rozamiento(µ) = Mayor agarre

El neumatico de un F1 tiene un µ > 2.1.

Comparado con el µ < 1.2 de los neumáticos de los superdeportivos de calle, o con el ridiculo µ = 0.9-1.0 de los neumáticos que usamos en nuestros automóviles particulares

Flexibilidad y deriva

Los neumáticos tienen tres ejes de flexibilidad: vertical(se deforman por el peso), transversal(en curvas) y longitudinal(aceleraciones, frenadas..)

Por otra parte, se llama deriva de un neumático sometido a un empuje lateral, a la variación de trayectoria registrada en el rodaje como consecuencia de una deformación de la cubierta. Por ejemplo en una curva, el neumático no va exactamente por donde le dictamos. Siempre sufre un pequeña alteracion en su trayectoria. Esto es debido a la flexibilidad del caucho.

Cambios en la temporada 2010

Y para finalizar vamos a analizar una de las innovaciones de esta temporada 2010, que ha sido en relación a la anchura de los neumáticos delanteros; pasando a ser de 270 mm a 245 mm; una reducción apreciable, implicando una seria de aspectos a destacar:

  • Menos drag total; hay que recordar que sólo las ruedas, generan aproximadamente el 40% de la resistencia total o más, implicando también mayor velocidad punta.
  • Hay menos contacto con la carretera, por tanto menos “agarre”, pero se amplía la superfície útil del alerón delantero, con lo que crece la down force delantera.
  • Se mejora la refrigeración del motor; el pontón no está tan obstaculizado por la rueda delantera.
  • Existe un flujo mucho más limpio hacia los “bajos” del coche, con lo que la down force aumenta (suelo y difusor más eficientes, por tanto). Implica también un menor tiempo de paso por curva.

Una vez analizado el 2010, sólo nos queda por saber ¿qué nos deparará el 2011?, la respuesta

¿Cómo se comportarán los neumáticos?, ¿ En qué equipos se adaptarán mejor?, ¿A qué pilotos les favorecerá, estilo de conducción agresivo o más suave?

Todas estas preguntas, pronto tendrán una respuesta, que analizaremos  por supuesto, más adelante, en el blog.

Un saludo a todos!

¡ Hasta la próxima !

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