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El combustible en la F1

El combustible usado en la F1 es muy similar a la gasolina con la que alimentamos nuestro coche, pero con una mezcla mas regulada. El de la formula 1 no puede contener compuestos que no existan en la versión de calle, en contraste con los empleados en Indy Car y otros en Estados Unidos que se basan en alcohol.

Las mezclas ,o blends, son calibradas para una máxima performance de acuerdo a la meteorología y otras variables existentes en cada circuito. Una de las diferencias clave entre el combustible de F1 y la de calle es que a pesar de tener los mismos ingredientes, al de Formula 1 se lo optimiza al límite para cada coche en particular. Esto significa que el empleado en un Ferrari no tendrá el mismo rendimiento que en un motor Mercedes o Renault y viceversa, o sea que está optimizado para cada motor y coche.

Durante la primer época de no reabastecimiento en carrera, de 1984 a 1994, los equipos estaban limitados a una carga de 250 litros de un combustible de tan alta densidad que era mas pesado que el agua, y la razón era que el contenido de energía de un combustible depende de su densidad: Cuanto más, mejor.

Para asegurarse que todos los equipos y también los proveedores de combustibles no violasen el reglamento, la FIA requiere que todos los proveedores envíen una muestra antes de cada carrera y al mismo tiempo los inspectores pueden solicitar una muestra de combustible de cada coche a los equipos, sea en sus depósitos o en los coches y compararlo con la muestra enviada por el proveedor.

Para este examen la FIA emplea un Cromatógrafo de gas, que es un instrumento usado en medicina forense y análisis de drogas: Se le inyecta al cromatógrafo 5 microlitros de combustible que produce una huella para ser comparada, y es tan preciso que detecta diferencias de una millonésima cuando sólo una milésima es necesaria. Y todo esto para asegurar la legalidad de combustible empleado.

Los equipos normalmente adhieren a esta norma, pero en 1997 Mika Hakkinen fue despojado de su victoria en SPA tras determinarse que el combustible de su coche no tenía la fórmula correcta, y en 1976 los McLaren y los Penske fueron llevados al fondo de la parrilla por tener combustibles con demasiado octanaje.

Un punto interesante es que quienes realizan la mezcla pueden ajustarla para que mejorar el consumo, por lo que el coche consumirá menos y podrá reducir su carga de combustible al inicio de la carrera, y aunque esto se traduzca en una diferencia mínima, cada pequeña cosa ayuda.

El desafío en la formulación del combustible es encontrar un balance optimizado para una serie de parámetros que ya veremos. Es obvio que optimizar para tener mas potencia es primordial, pero no se puede optimizar mucho en ello si se sacrifica el consumo, entonces se apela a dos tipos de eficiencia en el combustible:

La eficiencia volumétrica, donde se busca la mejor performance basándose en el volumen, y la eficiciencia gravimétrica, donde el combustible es diseñado basado en su masa o peso.

Hay circuitos que son marginales en cuanto a la capacidad del depósito, en esos casos la clave está en maximizar la potencia a través de la eficiencia volumétrica. Por otro lado existen trazados donde puede sobrar combustible tras la carrera, entonces en estos entra en juego la eficiencia gravimétrica para reducir el peso total del coche optimizando también la potencia.

Los equipos, junto con los proveedores, realizan extensivas pruebas y modelos para encontrar la mejor mezcla en cada circuito de la temporada.

Y por supuesto que esta mezcla puede ser cambiada infinidad de veces, siempre y cuando no se pasen de la semana de antelación que la FIA exige para la entrega de estas muestras y posterior aprobación.

Y existe otro problema: Como dijimos, las pruebas de la FIA son tan exigentes que el contacto de un guante manchado con grasa, u otro tipo de contaminación, son suficientes para no aprobar el test.

En estas épocas de no reabastecimiento en carrera los ingenieros deben calcular el combustible a emplear en cada carrera: Mucho combustible hará un coche mas pesado y lento innecesariamente, pero por el contrario, si ponemos menos de lo necesario ya conocemos las consecuencias.

Los cálculos de consumo por kilómetro se realizan durante la pretemporada y los ingenieros encargados del motor las siguen con gran detalle en este desarrollo. Básicamente el proceso es que un ingeniero de pista le informa al ingeniero de motor la cantidad de giros que el coche hará, por ejemplo en Q1 serán dos recorridos de tres giros y 55 en carrera, entonces el ingeniero de motor hará los cálculos necesarios para determinar el combustible necesario.
Para terminar: En 2011 Shell y Ferrari hicieron un experimento en Fiorano con un Ferrari de 2009 (Esto debido a la restricción de dos años que impone la FIA) y Fernando Alonso dio cuatro giros con el combustible de carrera y otras cuatro con el de calle. El resultado fue que con el de carrera el coche era 9 décimas más rápido y con mas aceleración, pero con el de calle el coche alcanzaba mas velocidad al final de las rectas.

Muchas gracias

Lo nuevo de neumáticos, clasificación, radios y largadas

Por Stefanía Bruera

Faltan días para que una nueva temporada de F1 comience y como todo buen comienzo, nunca faltan los clásicos cambios reglamentarios. Neumáticos, clasificación y radios son los más afectados por esta tradición cuyo objetivo es hacer más impredecible las carreras.

Sin embargo, surge un problema: estos cambios son bastante complejos para entender. Con motivo de ayudar a la comprensión, aquí les dejo una explicación sencilla de cada uno de ellos.

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La Composición del Neumático

 

 

Alejandro Fernández @soindieithurts

En Formula 1 el tipo de “mezcla” empleada en la construcción de un neumático varía por la naturaleza del mismo, desde superblando, blando y luego duro y extra duro, cada cual aportando un desempeño y desgaste diferentes.

En el pasado, cuando coexistían dos proveedores (Goodyear y Bridgestone primero, y Bridgestone y Michelin después) el número de compuestos no se limitaba a 4, y durante las “guerras de los fabricantes” se suministraba no sólo un compuesto especial para cada circuito, sino que tenían subtipos que pilotos e ingenieros elegían para cada ocasión tomando en cuenta el estado y temperatura de la pista.

La FIA luego introdujo el único proveedor con sólo 4 compuestos secos diferentes para usar durante todo el año, y debe anunciar con bastante antelación que compuestos llevará a cada carrera. La introducción del único proveedor obedeció a que los neumáticos eran tan competitivos y sofisticados que la velocidad a la permitían a los pilotos tomar las curvas se estaba transformando en peligrosa.  Los coches se pegaban al asfalto, pero si por algún motivo el agarre se perdía el coche se tornaba incontrolable. Otro motivo fue el ahorre de costes debido a que los gastos de desarrollo de los mismos se había disparado a niveles inaceptables.

Ahora bien, para entender bien lo que sigue, o sea la composición del neumático, vamos a cultivarnos en lo que a química se refiere:
Primero vienen los monómeros, y cuando digo esa palabra piensen en una minúscula bola o pelota. Muchos monómeros, o pelotas, juntos y organizados en redes se llaman polímeros, y los polímeros que se pueden estirar para luego volver a su forma original se llaman elastómeros, cuya estructura molecular puede ser imaginada como unos «espaguetis con albóndigas», dónde las albóndigas serían los enlaces entre los espaguetis y la pasta lo que se estira y contrae.

Bien, ya obtenido nuestro doctorado en química, sigamos con el neumático.
El neumático es el resultado de ensamblar numerosos componentes que se mezclan en una tolva y luego se curan empleando fuerza y presión. El calor facilita el proceso de polimerización que “cruza” monómeros de goma creando moléculas elásticas. Esos polímeros crean la cualidad elástica que permite al neumático ser comprimido en el área que “toca” el asfalto y volver a su forma normal apenas deja de tocarlo en un proceso que repite con una muy alta frecuencia, o sea cuando gira.

Los componentes típicos son:
•    Caucho natural o poli-isopreno: El elastómero básico de cualquier neumático y también de cualquier preservativo.
•    SBR o Copolímero de estireno butadieno, que es una goma sintética comúnmente sustituída en parte por caucho natural dependiendo del precio de ambos.
•    Polibutadieno: Se emplea por su capacidad para no acumular el calor.
•    Bromobutilo: Esta goma se usa en la parte interior del neumático por su poca permeabilidad, o sea que no deja pasar el aire. El bromobutilo es superior al su similar Clorobutilo, pero mucho mas caro.
•    Negro de Carbón: Es uno de los principales componentes del neumático, aporta resistencia a la abrasión (o sea al roce) y refuerzo de los otros componentes.
•    Sílica, como el de los sobres cuando adquirimos un aparato electrónico, es empleado junto al negro de carbón, por su capacidad reforzadora con temperaturas intermedias.
•    Azufre: Ayuda a combinar a las partículas de goma en el proceso de vulcanización, que significa mezclar la goma con azufre.
•    Aceleradores de Vulcanizado: Son elementos complejos que aceleran el proceso.
•    Óxido de Zinc: Ayuda al proceso de Vulcanización
•    Antioxidantes y antiozonizantes: Previenen el quiebre de la pared lateral del neumático ante la acción del ozono y la luz del sol.
•    Telas de Kevlar y Fibra de Carbono: Refuerzan la carcaza del neumático.

Cada tipo de neumático posee su “fórmula magistral” o composición única en la que la composición y el proceso de fabricación estará dictado por el destino que el neumático tendrá.

Una de los parámetros mas importantes de un compuesto para un neumático de Formula 1 es la dispersión de todos sus componentes, o sea la capacidad de distribuirse uniformemente, y esta dispersión gobierna la capacidad viscoelástica del compuesto que es una de las características principales de un neumático terminado (Y cuando digo viscoelástico seguro que recuerdan a los colchones).

Ahora bien ¿Por qué un neumático de Formula 1 es tan ancho?
El ancho del neumático está regulado por la FIA y sabemos que a menor superficie de contacto, mayor presión y al revés mayor superficie, menor presión (piensen en cortar la mantequilla con el filo del cuchillo (obteniendo mayor presión) y luego con el costado del cuchillo (o sea mayor superficie, menor presión). Por consiguiente y en teoría un neumático ancho hace menos presión contra el asfalto, pero nos falta el componente del giro, la fricción contra el asfalto y la distribución de la temperatura, lo que hace un neumático ancho el ideal para las prestaciones necesarias en un coche de Formula 1.
Muchas gracias

Alejandro Fernández @soindieithurts

Artículo de Julio de 2013 – Programa nº99 «Reventón»

Los Motores de 2014

Para comenzar a entender a los motores para el próximo año vamos a empezar por el combustible.

Los coches actuales poseen un límite de carga de combustible de 150 kilogramos, límite que la FIA recorta drásticamente en 2014 en un 30% obligando a los coches a realizar un Gran Premio con sólo 100 kilogramos de carburante y por supuesto, manteniendo la performance.

Y es ahí donde entran los nuevos motores

Para empezar ya no se llamarán motores, sino que pasarán a ser Unidades de Potencia y estarán compuestos por un ICE (siglas en inglés para Motor de Combustión Interna), dos ERS (lo mismo para Sistema de Recuperación de Energía) y todos los mecanismos necesarios para hacerlos funcionar.

El motor, como ya sabemos, pasa de 8 a 6 cilindros y la capacidad cae de 2.400 a 1.600 centímetros cúbicos, turboalimentado con inyección directa y las revoluciones por minuto vuelven a caer a fin de año pasando de 18.000 a 15.000 RPM.

Respecto del ruido, una de las preocupaciones del público y los organizadores de Grandes Premios, el único antecedente que tenemos eran los motores 1.600 V6 turbo y 1.000 caballos de potencia de los años 80 que sonaban muy bien y con gran estrépito. La diferencia es que los nuevos motores, o ICE, serán la mitad de potentes, por lo que habrá que esperar.

Y las nuevas Unidades de Potencia serán mas pesadas, con lo que el peso máximo pasa de 95 a 155 kilogramos.

Bueno, hasta aquí las malas noticias

La diferencia entre el ERS y el KERS que todos conocemos radica en que el nuevo dispositivo no es externo, sino que ya forma parte del conjunto, formando así la Unidad de Potencia.

Toda esta reducción de performance del motor tradicional se compensa con dos ERS, que son mucho mas potentes que su antecesor y no sólo se alimenta de lo que recupera en las frenadas del eje trasero sino que tiene un nuevo componente que genera electricidad utilizando la rotación del eje de la turbina, usando su energía y también devolviéndosela eliminando así el “lag” o retraso del turbo. Estos dispositivos se conocen respectivamente como MUGK (La K final por cinética, la energía de las frenadas) y MUGH (La hache por Calor en inglés, que es generado por el turbo). La tres primeras siglas “MUG” responden a Unidad Generadora Motriz en inglés.

A la FIA le gustan mucho las siglas

Este nuevo ERS duplica la potencia de su antecesor, pasando de 80,5 HP a 161 y permite ser empleado ya no durante 6 segundos por vuelta sino que estará disponible durante 34 segundos, o sea entre un tercio y la mitad del tiempo necesario para realizar una vuelta en los circuitos del campeonato.

En conjunto, la unidad de potencia también tendrá 10 veces mas energía, de los 0,4 megajulios actuales se pasa a desarrollar 4 megajulios.

Para no confundirlos, 1 Julio es el trabajo necesario para generar 1 vatio de electricidad en un segundo

De esta manera tenemos un motor que gira mas descansado, con menos piezas móviles, ayudado por el turbo, y con los poderosos ERS agregando la potencia adicional necesaria, que en total será de unos 750HP pero consumiendo aquel 30% menos de combustible exigido por el reglamento.

Otro de los grandes cambios de performance será que el uso del ERS cambia la tradicional curva de torque haciéndola mas plana, lo que significa que la potencia total estará disponible en un rango mayor de RPM. Para esclarecer nuevamente las cosas: Un motor tradicional entrega su máxima potencia en un rango muy breve de revoluciones por minuto, en cambio esta Unidad de Potencia lo permitirá en un abanico mucho mas amplio, lo que mejorará, por ejemplo, la salida de las curvas.

A diciembre de 2013 sólo 2 fabricantes, Renault en marzo de este año y Mercedes AMG en abril han presentado sus Unidades y esperamos la aparición del Ferrari.

Cosworth no desarrollará de momento estas unidades de potencia a menos que posea 3 clientes en la parrilla, hecho solamente posible si consiguen a los 2 equipos nuevos que posiblemente se incorporen en 2015, empleando los lugares vacantes de HRT y USGP, y también recuperando a su único cliente actual, Marussia. Honda ya anunció que regresa a la F1 en 2015 con McLaren y hay rumores respecto de Toyota desarrollando sus unidades, pero todavía son eso, rumores.

Por último, la cantidad de kilómetros que una Unidad de Potencia deberá recorrer antes de poder cambiarse es de 4.000 kilómetros sin penalización contra los 2.000 actuales, lo que se traduce en 4 unidades de potencia en vez de los 8 motores de 2013. Y las cajas de cambio pasan a tener 8 cambios, deben durar 5 carreras y en 2014 las relaciones de caja sólo se pueden cambiar al inicio y mitad de temporada, pero en 2015 sólo se podrá hacerlo al inicio.

Los Diseños de 2014

En ediciones anteriores hemos visto en detalle todo lo relacionado a los nuevos motores, o unidades de potencia, que empleará la F1 en 2014. Pero los cambios no terminan allí, sino que también afectan el diseño del coche en general y varias de sus partes clave.

La forma del chasis se define por 3 puntos: El mamparo al frente de la apertura del habitáculo que tendrá una altura de 625mm desde el suelo del coche, el mamparo a los pies del piloto que tendrá una altura máxima de 525mm, y la estructura de choque en el morro cuya punta se encuentra a un metro del último mamparo mencionado, y la altura de la punta del morro ha bajado a 185 mm, que es 36,5 cm mas baja que en 2013 pues en caso de impacto frontal el coche no saldrá catapultado hacia arriba, y todos comentan que los nuevos diseños no serán muy agradables a los ojos.

Habrá que ver como los diseñadores manejan la diferencia de altura de los mamparos y es muy posible que varios lo hagan de forma abrupta y puede resultar en un escalón similar a los vistos el los morros de ornitorrinco que conocemos. La FIA intentó cambiar esto pero los equipos no lo aceptaron porque como casi todos emplearán suspensiones de tipo “push rod” este incremento de altura les favorece.

Otro gran cambio se verá en el alerón delantero cuyo ancho se reducirá 15 cm y afectará la aerodinámica puesto que ya no cubrirán las ruedas delanteras y no podrán impedir el drag que generan.

Las tomas de aire laterales serán mas grandes porque las nuevas unidades de potencia necesitarán mas refrigeración para el intercooler, el ERS, el líquido refrigerante del motor, y los lubricantes de la caja de cambios y motor, a lo que se agrega la necesidad de laterales mas fuertes en caso de impacto. Y en la parte trasera habrá un único tubo de escape en el centro del coche y delante del alerón trasero y se elimina el alerón trasero inferior, también conocido como wing beam, que no permitirá aprovechar la carga aerodinámica en la parte baja del coche. Siguiendo con el alerón trasero, el DRS agrandará su apertura en 15mm.

En resumen, tendremos coche menos eficientes aerodinámicamente hablando y muy posiblemente menos atractivos.

Por último deseo aclarar una pregunta surgida a raíz de mi artículo anterior sobre las unidades de potencia:

Hasta 2013 los pilotos podían activar el KERS en todo momento a través de un botón en el volante, pero a partir de 2014 este botón desaparece pues el tipo de potencia (eléctrica o mecánica) a utilizar será decidida por un nuevo ordenador que aliviará al piloto de tener que elegirla él. Esto puede verse como una ventaja, pero por otro lado no le permitirá al piloto decidir que energía emplear en caso de verse necesitado de ahorrar combustible y aprovechar la eléctrica todo lo posible. Recordemos que en 2014 los coches serán 48 kg mas pesados y llevarán un 30% menos de combustible.

Las Blown Wheel Nuts

 

 

Alejandro Fernández @soindieithurts

A principios de 2013 Mike Couglan de Williams apareció con unas nuevas tuercas para sujetar a las ruedas que por su diseño extraían aire de la rueda expulsándolo al exterior al girar, y muy en especial aire que entraba a refrigerar los frenos y salía caliente o muy caliente. O sea que el aire entraba por los conductos de refrigeración de los frenos delanteros y al salir ese aire caliente no seguía su curso a través del coche hacia las tomas laterales, sino que salía al exterior.

Red Bull no tardó en imitar el invento pero ambas escuderías tuvieron que dejarlo de lado, pero no porque no funcionase, sino porque tras el incidente de Red Bull con una rueda del coche de Mark Webber que golpeó a un fotógrafo en Nurburgring la FIA impuso la instalación de un mecanismo de bloqueo de la tuerca que impidiera una repetición del mencionado episodio y le fue imposible a ambas escuderías poseer ambos sistemas de soplado y seguridad en una misma tuerca.

En 2014 y más precisamente en el GP de China, Ferrari ha reintroducido el concepto haciéndolo compatible a los nuevos reglamentos pero con una nueva utilidad y es la siguiente:

Como vimos en ediciones anteriores, una de las funciones del alerón delantero es despejar el flujo de aire de las ruedas delanteras porque de no hacerlo se genera drag, pero desde 2014 estos alerones ya no cubren toda la superficie de la rueda sino solo una parte y para reducir el drag que se genera se emplea la corriente de aire que sale la rueda y que es generada por nuestra “tuerca sopladora”, o sea que esto se suma a la ayuda en la refrigeración de los frenos y el evitar que el aire y sucio caliente se dirija a las tomas de aire laterales.

O sea que el aire entraba por los conductos de refrigeración de los frenos delanteros y al salir ese aire caliente no seguía su curso a través del coche hacia las tomas laterales, sino que salía al exterior.

Red Bull no tardó en imitar el invento pero ambas escuderías tuvieron que dejarlo de lado, pero no porque no funcionase, sino porque tras el incidente de Red Bull con una rueda del coche de Mark Webber que golpeó a un fotógrafo en Nurburgring la FIA impuso la instalación de un mecanismo de bloqueo de la tuerca que impidiera una repetición del mencionado episodio y le fue imposible a ambas escuderías poseer ambos sistemas de soplado y seguridad en una misma tuerca.

En 2014 y más precisamente en el GP de China, Ferrari ha reintroducido el concepto haciéndolo compatible a los nuevos reglamentos pero con una nueva utilidad y es la siguiente:

Como vimos en ediciones anteriores, una de las funciones del alerón delantero es despejar el flujo de aire de las ruedas delanteras porque de no hacerlo se genera drag, pero desde 2014 estos alerones ya no cubren toda la superficie de la rueda sino solo una parte y para reducir el drag que se genera se emplea la corriente de aire que sale la rueda y que es generada por nuestra “tuerca sopladora”, o sea que esto se suma a la ayuda en la refrigeración de los frenos y el evitar que el aire y sucio caliente se dirija a las tomas de aire laterales.

Alejandro Fernández @soindieithurts

La Telemetría

 

 

Alejandro Fernández @soindieithurts

Ya lo hemos mencionado en programas anteriores, pero nunca está de más apelar a nuestro amigo sin dientes llamado diccionario: La palabra telemetría procede de las palabras griegas tele, que quiere decir a distancia, y metron, que quiere decir medida. La telemetría es una tecnología que permite la medición remota de magnitudes físicas y el posterior envío de la información hacia uno o varios operadores del sistema.

 

telemetia_lewis_hamilton_spa_2012

La famosa hoja de telemetría que Lewis Hamilton tuiteó antes del GP de Bélgica de 2012, se pueden observar las lecturas de ambos pilotos y en que lugares Hamilton perdía medio segundo ante Button. También se pueden apreciar datos clave como la configuración del coche y la altura del piloto. Hamilton en su tuit culpó a esta diferencia a que Button tenía un nuevo alerón delantero y el no.

En un Fórmula 1 existen varios dispositivos electrónicos, incluyendo a nuestra conocida ECU, que transmiten datos tanto al box del equipo, como a la FIA, la FOM y la casa central del equipo. Continuamente graba la performance de la Unidad de Potencia, el estado de las suspensiones, la caja de cambios, el combustible, las diferentes temperaturas que incluyen la de los neumáticos , las fuerzas G y todo cuanto el piloto opera dentro del habitáculo. Todo esto para tener una configuración del coche y determinar la causa de diversos problemas.

El uso de la telemetría comenzó en los años 80 cuando los coches enviaban la información a boxes cada vez que pasaban enfrente de ellos y en los 90 ya la transmisión era continua, pero en trazados como Monza, Spa o Mónaco, donde hay edificios de por medio, la comunicación se perdía y había que esperar al paso por la recta principal.

En el año 2002 la telemetría en ambos sentidos coche-equipo fue permitida y los ingenieros podían modificar cosas en el coche desde el box, esto luego se prohibió pero mucho se aprendió de esa etapa.

Hoy día se colocan varias antenas en cada circuito provistas por McLaren Electronic Systems o MES y el coche se conecta con estas cuando esta en su rango para que estas retransmitan la información de la misma manera que funciona la telefonía móvil asegurando una comunicación constante y con el ancho de banda deseado.

De todos los datos que la telemetría aporta, mucha se centra en el diferencial del coche debido a que es uno de los componentes mas modificables del coche y este puede ser configurado para dar la mejor respuesta en la entrada, parte central y salida de las curvas, o sea los puntos mas críticos de cada trazado.

ATLAS-Waveform

Gráfico generado por ATLAS (McLaren Electronic Systems)

Ahora bien ¿Cómo funciona todo esto? Sabemos que por normativa sólo trabaja en un solo sentido, los ingenieros analizan los datos recibidos en tiempo real y detectan si hay algo que no va bien y también informan al piloto como mejorar su conducción o sugerirle alguna configuración.

Cada coche posee entre 150 y 300 sensores , pero esta cifra varía con cada circuito y también entre prácticas y carrera porque en esta última tantos sensores no son necesarios y al descartarlos se ahorra peso.

Los datos son enviados a boxes empleando entre 1.000 y 2.000 canales de forma inalámbrica en la frecuencia de 1,5 Ghz o bien la que las autoridades locales permitan y por supuesto de forma encriptada para que sólo los destinatarios autorizados la reciban y el retraso entre la recolección de la información y su recepción en boxes es de 2 milisegundos.

En una carrera se juntan unos 1.500 millones de datos y si le agregamos los libres y la clasificación llegamos a los 5.000 millones, Puesto de otra manera cada 90 minutos se reciben 6Gb de datos comprimidos por cada coche.

El transmisor se coloca en uno de los costados del coche se conecta a través de un cable con las antenas que solemos ver delante del piloto y cada coche posee una memoria SSD que registra los últimos datos datos recogidos en caso de fallo en la transmisión.

 

ATLAS-Waveform

Esquema de trabajo de ATLAS

Estos datos al llegar son decodificados para poder ser interpretados por un ordenador conectado en red a un servidor llamado ATLAS y también provisto por MES.

Las hojas de telemetría mas sencillas nos dan la siguiente información en una vuelta: Velocidad, cambio empleado, recorrido empleado sobre el freno y el acelerador, fuerzas G, las revoluciones del motor y los grados de giro del volante.

Otros informes son preparados por los ingenieros de acuerdo a sus necesidades y preferencias, y la introducción de las Unidades de Potencia con sus varios componentes han disparado la cantidad de datos generados por el coche y son el reflejo de no sólo la performance del coche y sus componentes, sino también de la efectividad de la programación empleada en el funcionamiento de la mencionada Unidad de Potencia y el resto del coche y con una atención especial a los datos generados por el sistema de frenado por cable del que ya hemos hablado.

Como decíamos al principio, no sólo son los equipos en el circuito los destinatarios de la información generada, sino también la FIA (recordarán el episodio en Australia con Red Bull), la FOM y las sedes de cada equipo donde todo se almacena para que esa información esté siempre disponible en grandes superordenadores y servidores y así alimentar de información a los simuladores y a la evaluación y mejora de los componentes de cada coche.

Otra de los proveedores de equipamiento de telemetría es una empresa llamada Plextek que tras varias pruebas provee a Sauber, Williams, Red Bull, Toro Rosso y Ferrari.

Enlace: Especificación técnica de Atlas ATLAS _ Software _ McLaren Applied Technologies

Alejandro Fernández @soindieithurts

La Programación de la Unidad de Potencia

Por Alejandro Fernández @soindieithurts

No es la intención de este artículo el hablar de códigos de programación ni deseo complicaros mucho la vida con números y nombres raros, sólo quiero hablarles sobre un tema que a mi me parece clave en la nueva Fórmula 1 y que no lo he visto muy tratado en los medios. Primero haremos un simple repaso de los componentes de la unidad de potencia y luego armamos el puzzle.

Y empezamos con el motor, que como ya sabemos es un V6 de 1.600 CC limitado a 15.000 RPM y agrega la novedad, aparte de tener 2 cilindros menos, el ser de inyección directa, o sea que si le quitamos la tapa superior ya no veremos al combustible pulverizado entrando por las válvulas sino que este entra directamente al cilindro, lo que le agrega eficiencia al combustible al no perder parte de este en los colectores y aprovecha mejor la presión máxima permitida por la FIA.

Ahora bien, del tubo de escape de ese motor comienzan las complicaciones, pues al salir los gases del motor pasan por una válvula que determina que gases no se utilizarán y cuales moverán la turbina de nuestro nuevo componente, el turbo, que pasamos a explicar brevemente: Esa turbina gira con los gases del escape y su eje está conectado a otra que aspira aire del exterior para meterlo a presión en el cilindro pero en el proceso pasa por un radiador llamado intercambiador de calor o intercooler, que lo enfría antes de entrar al motor porque el aire caliente quita eficacia a la combustión, y ese aire comprimido hace que nuestro motor sea mas potente y eficiente en términos de consumo.

Pero ¿Ahí termina la cosa? Pues no. El turbocompresor no siempre es necesario, y cuando no se utiliza, la turbina sigue girando y hace mover a un generador de electricidad que la acumula en las baterías, pero no sólo es un generador, sino que cuando recibe electricidad en vez de generarla, se transforma en un potentísimo motor eléctrico cuya función es hacer que el turbo accione mas rápido cuando se lo necesita, eliminando lo que se conoce como lag o retraso del turbo.

Entonces ya tenemos descrito el funcionamiento del motor y del turbo, ahora pasamos a un viejo conocido, el KERS, que también presenta cambios mas allá de la K inicial.

Dentro del motor, o sea completamente integrado al mismo, nos encontramos con otro motor/generador que cuando el motor desacelera, gira generando electricidad que también envía a las baterías y cuando el piloto demanda aceleración usa la electricidad acumulada para hacer girar mas rápido al motor aportando potencia, economía y velocidad de reacción, y actúa de forma organizada con el otro sistema de potenciación, el turbo.

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El uso de la ECU hasta finales de 2013

Y antes de salir de la unidad de potencia nos queda dos últimas visitas: Una son las baterías, que no son simples pilas recargables, sino un conjunto compuesto por baterías de alta tecnología que por su naturaleza no pueden entregar una gran cantidad de energía instantáneamente sin dañarse, y como hemos visto antes, la velocidad de entrega de esa electricidad es clave, y esa función la cumplen unos aparatos llamados capacitores, que no pueden acumular mucha electricidad pero si entregarla casi instantáneamente. O sea que las baterías interactúan constantemente con los capacitores.

Y por último pasamos por un conjunto que siempre ha sido importante, pero a partir de este año lo es mucho mas: El sistema de refrigeración. La unidad de potencia, para contrarrestar el gran calor que generan los componentes vistos, necesita de 5 radiadores. De estos habrá dos grades, uno para el intercooler y el otro para el refrigerante del motor, a los que se agregan 3 mas pequeños para la caja de cambios, el lubricante del motor y el de los motores/generadores eléctricos, o sea los ERS a los que ya podemos nombrar con su nombre actual, MGU.

Bien, tomemos un respiro y vayamos a un coche normal de calle. Sabemos que nuestros coches poseen una centralita que gobierna todo lo que los diferentes sistemas del coche realizan y casi no notamos su presencia y acción, excepto cuando se rompe. Pero nuestra centralita posee una gran diferencia con la de un Formula 1 y no es de construcción ni de complejidad, sino que es de programación: Nuestros coches ya vienen con la centralita programada y lista para ser utilizada, pero la de un fórmula 1 viene en blanco. Los proveedores de motores no las programan sino que tienen que ser los ingenieros de los equipos quienes se encarguen de hacerlo. Claro está que el fabricante ayuda al equipo en su programación, pero los equipos quieren que esta asistencia sea mínima porque esta programación pasa a ser uno de los secretos mejor guardados.

ECUVeamos un simple ejemplo: Cuando el coche acelera necesitará del turbo, pero el funcionamiento del turbo está gobernado por la ECU programada por el equipo y si por un error de programación el turbo entrega aire a excesiva presión tendremos a una unidad de potencia volando por los aires, algo muy grave por cierto, y mas grave aún cuando los nuevos motores deben durar al menos 24 horas funcionando entre carrera, clasificación y prácticas para poder cumplir con el tope impuesto por la FIA. Otro ejemplo es como administra la potencia dado el gran toque que las Unidades de Potencia poseen: Demasiado torque demasiado rápido termina dañando al motor, la caja de cambios, la transmisión, los neumáticos y por supuesto, al piloto.

Y la ECU, como ordenador que es, cumple con una de las leyes mas viejas de la informática, la ley GIGO que en inglés quiere decir: Quien mete basura, saca basura.

Entonces los ingenieros, al no disponer de unidades de potencia con las que jugar, deben apelar a una técnica llamada simulación.

Entender la simulación es sencillo, en nuestros aparatos actuales utilizamos simuladores que simulan un tablero de ajedrez, un juego de naipes, un avión y hasta el mutante que viene a matarnos con un machete en la mano.

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Cableado de la ECU

Entonces la labor de los ingenieros es simular en potentes ordenadores absolutamente todos los componentes de la unidad de potencia, sus cables y mangueras, su funcionamiento, características, prestaciones y limitaciones a los que le deben de agregar el comportamiento del resto del coche, en especial los neumáticos, y también las circunstancias externas al mismo: La temperatura exterior, la de la pista, la humedad y otras. Y nos falta otra pieza clave para armar este puzle: El estilo del piloto.

Cada piloto tiene sus preferencias para todo lo que el realiza: Aceleración, frenado, conducción y demás y el también ha de ser simulado para entonces poder jugar con todas las piezas y en función de todo lo visto dotar a la ECU de las mejores instrucciones para cada momento y necesidad.

El piloto podrá elegir diversos programas ya empaquetados que conocemos como mapas de motor, pero como hemos visto la programación de la ECU cubre muchas cosas más. Y este año desaparece el botón del KERS, y ante un caso de extrema necesidad como puede ser un adelantamiento, podrá acudir a otro botón que ha sobrevivido a los cambios: El de Overtake, o sea adelantar. Y  el programa de la ECU decide que energía, mecánica, eléctrica o combinación de ambas, aplicará para llevar a cabo la orden. Es más, hasta puede apagar cilindros por economía, algo que este año está permitido. Y todo esto debe programarse sin que la programación constituya lo que se conoce como ayudas al piloto.

Todo lo visto hoy recibe el nombre de Powertrain Management, Administración del Tren de Potencia. Y mas allá del mencionado Powertrain, con el “frenado por cable” o brake by wire, el problema se complica mucho más.

Y ya me puedo imaginar la pregunta de varios de ustedes: ¿Puede ser cambiada la programación?

En un principio los equipos deben remitir el código de programación a la FIA para su aprobación y producida esta la ECU se “sella” para que no haya modificaciones. Pero eso no significa que no pueda ser reprogramada, para ello el nuevo código debe ser aprobado nuevamente por la FIA. Sin entrar en detalle la programación debe estar protegida por una capa de seguridad que impedirá modificaciones no autorizadas.

Mis queridos escuchantes, para que os deis una idea de todo lo que un ingeniero programador debe conocer y dominar les paso el siguiente enlace donde verán lo que una escudería como McLaren exige que ellos conozcan y dominen junto con otras lecturas recomendadas. Están en inglés, pero con copiar y pegar el texto en el traductor de Google lo podréis traducir al Bengalí, al Macedonio y también al Castellano.

Para terminar agradezco a toda la gente que ha colaborado conmigo en este artículo, y muy en especial a @scarbsF1, @MikelinoF1 y nuestros conocidos El Abuelo F1 (@bueuF1) y @JoseLuisF1.

Muchas gracias

Lecturas recomendadas:

  1. Requerimientos de McLaren para un desarrollador de software. En Inglés.
  2. Normativa de la FIA respecto de la ECU. (En especial ver pa página 27, en Inglés).
  3. Desarrollando una Unidad de Potencia para toda la Fórmula 1.
  4. El Tren Transmisor de Potencia (MathWorks). En Castellano.
  5. TAG-320 Ficha de producto. En Inglés.

 

La Estructura de la F1

 

 

Alejandro Fernández @soindieithurts

Formula_One_organisationEstimados escuchantes, semanas atrás salíamos del coche para analizar el calzado de los pilotos y esta noche otra vez nos volvemos a bajar de nuestro Fórmula 1, nos vestimos con un buen traje y nos sentamos en nuestro habitáculo de hoy que será un escritorio para echar una mirada a uno de los temas mejor guardados de la categoría: Cómo se compone la categoría y quien se lleva que parte del bacalao, al menos aproximadamente:

Se dice que la F1 genera 1.500 millones de dólares al año y el 40% de esos ingresos se van fuera de la categoría. Veamos:

La Fórmula 1, con todas las empresas que la componen, posee 20 dueños de los cuales se destaca la FIA que posee un 1%, pero su accionista mas importante es la firma CVC Capital que desde el año 2006 posee el 35% de la misma. Otros accionistas son Bernie Ecclestone, las empresas de su familia conformadas dentro de su Bambino Holdings, y accionistas individuales como Paddy McNally y Sacha Woodward Hill.

Cuando CVC entró a la Fórmula 1 lo hizo ayudada por dos préstamos: Uno proveniente de su fondo controlado llamado FUND IV por 7.300 millones de dólares y otro de 1.100 millones del Royal Bank of Scotland o RBS. Y CVC viene pagando esos créditos con parte del dinero que obtiene de los cochitos de colores.

Pero vayamos mas en profundidad, los ingresos de la F1 provienen de los derechos pagados por los circuitos, las televisiones, la venta corporativa de entradas y la publicidad en los circuitos entre otras cosas, cada uno de esos ingresos son recaudados por empresas separadas radicadas en varios lugares del planeta y con diversos accionistas.

Lo mencionado genera unos ingresos , que también podemos llamarle ventas, anuales de alrededor de 1.600 millones de dólares al año.

De esa cifra tenemos que restar los salarios que la categoría paga a sus empleados, que son alrededor de 313 personas que cobran entre todos 39.8 millones, a lo que se suma el salario de Bernie Ecclestone con 4,2 millones.

Luego tenemos que sustraer los gastos operativos tales como transporte de equipos y personas y hospitality corporativo que suman unos 328 millones.

Para terminar hay otros egresos tales como impuestos que suman unos 9,4 millones, también anuales.

Y lo que queda después de todos esos gastos son las ganancias, y de estas se calcula cuanto va a los dueños de la categoría, pero antes hay que pagarles a los equipos.

Por acuerdo de CVC con los mismos, el monto a recibir asciende a 698.5 millones, que se toman como un porcentaje de los ingresos y no de las ganancias, quedando unos 520 millones, aproximadamente, a repartir entre los socios que mencionábamos al principio.

Y con este breve pantallazo ya tenemos una idea de cómo van los tiros, o mejor dicho los dólares, en nuestra categoría favorita. Hay mas para contar, pero eso en otra edición.

Muchas gracias,

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La Aislación Térmica

 

 

Alejandro Fernández @soindieithurts

Un aislante térmico está diseñado para proteger parte de la unidad de potencia de absorber calor emitido por otras partes. Esta protección se realiza a través de la disipación, la reflexión o bien la absorción de calor.

Debido a la gran cantidad de calor emitida por sus partes se emplean escudos térmicos para que este calor no dañe a otras y estos escudos varían mucho en composición y por consigueinte, también en precio. En la Fórmula 1 se empea el aluminio, el oro y materiales compuestos como la cerámica pulverizada en plasma, aunque el mas empleado es la lámina de oro que a veces se puede ver protegiendo a los brazos de suspensión del calor del tubo de escape y una muy fina lámina de átomos de este elemento protege eficientemente del calor.

Antiguamente los dos componentes que mas emitían calor eran el motor, el sistema de escape y los frenos, pero este año se le agregan los motores/generadores, el turbocompresor y las baterías. Y dejo un apartado especial para el cableado de la unidad de potencia que tantos problemas le dió a los equipos por el calor que irradian en momentos de máxima potencia, que no sólo puede afectar a componentes vecinos sino que compromenten su propio funcionamiento y performance pues, como sabemos, cuanto mas se calienta un conductor eléctrico mas resistencia crea al paso de la electricidad y por ello el cableado no sólo es revestido con componentes que absorben su calor, sino que también son refrigerados.

Hace un momento hablábamos de cerámica pulverizada, pero también hay nuevos y mucho mas avanzados materiales como el PyroSyc de Pyromeral Systems, y el Zircotech de Zircotec Heat Management.

Pyromeral ha introducido una nueva generación de materiales que permiten diseñar y construir partes no sólo con una excelente performance termomecánica, sino que también son fáciles de construir y económicos. El grosor del aislante está entre 0.05mm y medio milímetro dependiendo del nivel de protección requerido y los equipos a veces solicitan estos materiales en colores para proteger estas partes no sólo del calor, sino de las miradas de espías.

Tanto Pyrosic como Pirocarb poseen tecnologías propietarias de matrices de vidrio y cerámica reforzada con carburo-silicio o fibra de carbono y gracias al uso de avanzados polímeros inorgánicos  pueden ser trabajados a bajas temperaturas empleando las mismas técnicas y herramientas de producción empleadas en la fibra de carbono convencional.

Estos materiales pueden soportar temperaturas extremas que pueden llegar a los 1.800 grados centígrados y son excepcionalmente livianos, soportan muy bien la vibración y son estables a esas temperaturas.

Lo curioso es que teniendo tantas propiedades la FIA no autoriza su uso para construir tubos de escape, pues exige que estos sean construídos con materiales metálicos. En 2011 Ferrari presentó un sistema de escape hecho con estos materiales pero fue vetado por Charlie Whiting mencionando la citada norma, o sea que hay que empelar metales en su construcción y luego agregarles los nuevos compuestos por encima.

Zyrcotec, el otro proveedor, es otra reconocida empresa en el deporte motor y posee una amplia línea de protectores y aislantes pulverizables que protegen a los elementos de los efectos del fuego, el calor, el desgaste, la abrasión y la corrosión. Estos revestimientos cerámicos se encuentran en tubos de escape, turbocompresores y otros componentes reduciendo la temperatura e incrementando la performace del motor y es utilizado en la Fórmula 1, la NASCAR, el Rally en todos sus niveles y en el Campeonato mundial de Resistencia por mas de 12 años y desde 2010 el 70% de los equipos de F1 lo emplean. Son muy livianos y de una durabilidad que si bien no se utiliza, puede llegar a tres temporadas.

Como hemos visto, estos componentes no sólo protegen a los integrantes de la unidad de potencia, sino también a sus componenentes vecinos, tales como el suelo del coche, el depósito de combustible, la carrocería alrededor de la unidad de potencia, ciertos alerones y como hemos dicho antes, los brazos de suspensión.

Y como podrán deducir, estos revestimientos fueron críticos en la construcción de los difusores soplados ya prohibidos.

Y saliendo de la carrocería tenemos cuatro componentes donde estas tecnologías son clave, y son los frenos que alcanzan altísimas temperaturas al ser empleados y cuya refrigeración en pista y fuera de ella, es crítica.

Muchas gracias.