La Fórmula 1 comenzó oficialmente en el año 1950 con la celebración de cinco carreras, la mayoría de ellas disputadas en circuitos míticos como Silverstone, Monte Carlo, Spa-Francorchamps y Monza. Con anterioridad, especialmente en el periodo de entre guerras, en Europa y también en el norte de África, se venían celebrando las denominadas carreras de Grandes Premios. Estas carreras, en las que pilotos de diferentes nacionalidades competían por llevar a la gloria los colores de sus países, estaban capitalizadas por Alemania e Italia, que competían con escuderías financiadas, apoyadas y ‘mimadas’ por sus respectivos países. Auto Union y Mercedes, del lado alemán, y Ferrari, Maserati, Alfa Romeo y Lancia, del lado italiano, fueron los máximos exponentes de la competición con Nuvolari, Caracciola, Lang o Varzi, entre otros, como pilotos heroicos excepcionales.

Pero la 2ª Guerra Mundial acabó con todo ello y se impuso un nuevo orden, no sólo en el mundo, sino también en la competición automovilística. En los primeros años de la Fórmula 1, los equipos italianos consiguieron mantener su supremacía (los diferentes pilotos de Alfa Romeo, Ferrari y Maserati se embolsaron los campeonatos del mundo de pilotos en los años 1950-1953 y 1956-1958), y también los alemanes (campeones de pilotos en 1954, compartido con Maserati y en 1955 en solitario), aunque el accidente de 1955 en Le Mans los hizo desaparecer por completo de las pistas durante décadas. A mediados y finales de los años 50 se produjo un importante salto cualitativo en diferentes aspectos del motorsport (deporte del motor) en aspectos tan importantes y relevantes como motores, ciencia de materiales, y en general, todos los campos relacionados con la tecnología e ingeniería del diseño, que produjo un relevo en la supremacía del deporte hacia el Reino Unido. En las subsiguientes entradas analizaremos con mayor minuciosidad algunos detalles en los cambios de normativa e ingredientes tecnológicos que cambiaron por completo, por un lado, la fisonomía de los monoplazas, y por otro, la forma de trabajar e innovar en Fórmula 1.

El objetivo de esta entrada es tratar de situar en el adecuado contexto histórico, social y tecnológico las razones más básicas por las que se produjo este cambio, y de paso, tener unas primeras respuestas a los siguientes interrogantes: ¿por qué ocurrió esto? ¿Cuáles fueron las claves que llevaron al Reino Unido, y en particular, a la industria británica del motorsport a una situación de clara ventaja frente a otros países, como Italia o Alemania, que habían capitalizado este deporte durante tantos años?

La respuesta dista mucho de ser sencilla, fácil de explicar y única. Lo que voy a escribir ahora es sencillamente una hipótesis, bastante plausible, corroborada por otros autores especialistas en el tema, meditada desde hace mucho tiempo, y que, obviamente, puede ser completamente equivocada. Pero como os he comentado otras veces, siempre he intentado analizar los problemas desde la mayor rigurosidad posible. Así que esta será una primera entrada en la que expondré las líneas maestras de diferentes análisis que existen, con una pizca de mi opinión y visión científica/ingenieril. Simplemente, espero os guste.

Desde mi punto vista, los siguientes ingredientes (además de otros plausibles) podrían explicar la especial situación que se produjo (de forma única) en el Reino Unido a finales de los años 50 y durante la década de los 60 que llevó a este país a una posición absolutamente líder (salvando el caso especial de Ferrari, aunque con matices) en la industria del motorsport mundial.

1) Durante la 2ª Guerra Mundial, y especialmente tras su finalización, hubo un importante número de ingenieros y diseñadores con una alta especialización, obviamente a causa del conflicto mundial y del papel esencial que el Reino Unido jugó en él, en motores, estructuras, diseño de vuelo, aerodinámica, etc. Obviamente, este importante número de titulados y técnicos altamente cualificados jugaron un papel esencial en el desarrollo de la industria dominante del motorsport británico a partir de finales de los años 50 y durante los 60 hasta nuestros días.

2) Al finalizar la contienda mundial, y dado el nuevo orden instaurado en el mundo, se crearon en el Reino Unido un importante número de ‘colleges’ o escuelas de ingeniería, especialmente aeronáutica, para, por un lado, continuar con el ingente desarrollo en este campo llevado a cabo durante la Guerra, y por otro, para poder adquirir nuevos conocimientos y desarrollar, depurar y mejorar las técnicas aprendidas durante dicho periodo. Ello produjo, como no podía ser de otro modo, un importante núcleo de ingenieros, particularmente aeronáuticos, que desarrollarían en las siguientes décadas su actividad en la incipiente industrial aeronáutica, que como sabemos, redundarían casi directamente en la industria del automovilismo de competición.

3) Durante la Guerra se crearon en el Reino Unido una serie de nuevas industrias, proveedoras de componentes altamente especializados para la maquinaria bélica. Una vez finalizada la misma, acorde a lo explicado en los dos puntos anteriores, estas nuevas industrias fueron la semilla de un caldo de cultivo para la aparición de otras empresas que proveyeron a lo largo de los siguientes 50 años materiales, dispositivos y diversos componentes a diferentes industrias, y particularmente a la industria del motorsport. Ejemplos claro y conocidos de todos los seguidores del mundo del motor son Coventry-Climax, Hewland, Cosworth, AP Racing y Specialized Mouldings, entre los más famosos y conocidos.

4) El que el Reino Unido jugara un papel estratégico durante la contienda mundial es un hecho del que nadie duda. Uno de los más relevantes fue el uso de su territorio por parte de los Aliados como punto de partida de ataques aéreos a las regiones del continente europeo bajo domino Nazi. Ello, como no podía ser de otro modo, propició la proliferación masiva de aeropuertos y pequeños y medianos aeródromos en gran parte de la zona centro del país. Aunque el ejemplo más notable, conocido y duradero es obviamente el del Circuito de Silverstone, localizado en la región de Northamptonshire, aunque no debemos olvidar a otros como Castle Coombe, Croft Autodrome, Llandow, Rufforth, Snetterton, Thruxton and Eastney, Stapleford, Staverton y Fairford, Brough y Greeham Common, por mencionar unos cuantos. En torno a ellos nuclearon los famosos racing clubs (clubes de carreras) y una serie de empresas de ingeniería que contribuyeron a la pasión por las carreras de los aficionados, pero más importante, a promocionar el nacimiento de una nueva forma de industria del motorsport, y al mismo tiempo, una forma de hacer negocios entre las diferentes empresas y equipos radicalmente diferente a la que existía en Europa en esa época.

Como colofón final a este entrada menciono someramente algunas de las consecuencias. En siguientes entradas desarrollaremos con mayor profundidad diferentes aspectos aquí mencionados. En el periodo de entre guerra, y también en los primeros años de Fórmula 1, las escuderías alemanas e italianas (Auto Union, Mercedes, Ferrari, Alfa Romeo, etc.) eran corporaciones gigantescas que fabricaban ‘todo’ el automóvil, en las que el motor era ‘el alma’ de los monoplazas. En general, se encontraban auspiciadas y protegidas por sus respectivos estados, por lo que protegían sus conocimientos y progresos con enorme recelo. En el Reino Unido, a partir de finales de los años 50, se produjo algo radicalmente diferente y genuino. Los equipos corrían en los antiguos (generalmente abandonados) aeródromos de la 2ª Guerra Mundial, lo que les obligó a cambiar radicalmente el diseño de los monoplazas para adaptarlos a este nuevo tipo de circuitos, diferentes a las carreteras y caminos en los que se disputaban los Grandes Premios de entre guerras. Dicho de otro modo, el diseño pasó a girar en torno al chasis, suspensiones y transmisiones, haciendo especialmente hincapié en una óptima estabilidad dinámica, más en consonancia con los objetivos de un diseño aerodinámico, en detrimento del ‘tradicional’ diseño del motor como núcleo en torno al cual giraba todo el diseño. Esto propició el nacimiento de equipos de carreras pequeños, con medios económicos más escasos, cuyo objetivo era construir monoplazas más modestos. Todo ello auspició el nacimiento y desarrollo de empresas modestas (en un principio) y más especializadas, en las que se fueron incorporando poco a poco la enorme ‘producción’ de técnicos e ingenieros especializados que surgían de los nuevos ‘colleges’ de ingeniería a lo largo y ancho del país. Finalmente, aunque no menos importante, a diferencia de lo que ocurría en el continente, estas empresas se nutrían y alimentaban mutuamente, existiendo un continuo intercambio de ideas, técnicos e ingenieros, lo que produjo una forma de deporte, negocio y diversión único, que llevó inexorablemente al Reino Unido a una posición de dominio de las carreras automovilísticas sin precedentes y que hoy en día perdura.

Una entrada muy muy pequeña para deciros que Dani, tras la finalización del ‘cole’, ha vuelto con sus historias … Aunque la que os presenta ahora es muy probable que muchos de vosotros la conozcáis, no está demás recordar, para los amantes, uno de los finales más inauditos y divertidos, por no decir caóticos, de la historia del automovilismo en general, y de la F1 en particular. Se trata del final del GP de Mónaco celebrado en 1982.

Espero que os guste. Y también espero que Dani siga con lo suyo, que es leer, aprender y escribir. Ahora mismo se está leyendo ‘otro tocho histórico’ del que seguro sacará algo en claro. O así lo espero.

Ya sabéis donde está Su Rincón. Aquí tenéis el enlace directo por si no lo encontráis (http://danijisan.wordpress.com/2011/07/19/gp-monaco-1982).

Un saludo.

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Hace ya una semana que el Gran Premio de Gran Bretaña ha finalizado, y ¡de qué modo! Pocos podíamos esperar el carrerón que se marcó Fernando Alonso en uno de los circuitos más apasionantes y divertidos como es Silverstone. Aunque lo he colocado en el título de la entrada, no tengo la más mínima intención de hablar sobre el cambio de normativa (¿chapuza?) que, una vez más, ha llevado a cabo la FIA de un modo escandaloso y vergonzoso. De lo que sí me gustaría discutir es sobre cuánto de buenas han sido las evoluciones del equipo de Maranello, cuán poco le ha afectado el cambio de normativa para este fin de semana de la FIA en lo tocante a los difusores sopladores y cuánto daño le ha hecho precisamente ese cambio de normativa a la ‘Criatura’ parida por Adrian Newey y su equipo.

Algo había cambiado desde hacía unas carreras para Ferrari, exceptuando el GP de Gran Bretaña. El Ferrari 150 Italia se relevó con ciertas mejoras en Mónaco, Canadá y Valencia. Tanto en el primer como en el tercer evento, la posición final del 150 de Alonso fue muy positiva; no lo fue tanto en el GP de Canadá, pero ahí la lluvia y el Safety Car tuvieron mucho que decir. En todos estos circuitos, el Ferrari mostró fuerza en estabilidad de frenada y también en capacidad de tracción. Aquí tuvieron mucho que ver las actualizaciones y evoluciones de las suspensiones introducidas, además de las constantes evoluciones a que nos tiene acostumbrado el equipo de Maranello. Sin embargo, seguía teniendo dos problemas importantes, que se vieron minimizados por el tipo de circuitos (frenada-aceleración-frenada): falta de carga aerodinámica y problemas al calentar los neumáticos. De hecho, los neumáticos prime o más duros, difícilmente alcanzaban la temperatura idónea de trabajo, especialmente en calificación. Estos dos problemas supusieron del orden de un segundo por detrás de los Red Bull en el Circuit de Catalunya, por poner un ejemplo.

Pero algo más ha cambiado en Ferrari, y en particular, en el Ferrari 150 Italia. No voy a entrar en la discusión de cómo se planifica la temporada o cada carrera, pero sí en la parte más técnica. ¿Qué ha pasado con Ferrari en el GP de Gran Bretaña? ¿Fallo de los Red Bull? Posiblemente, aunque si en el pit stop de Vettel no se hubieran equivocado, estoy seguro de que el ritmo machacón de Alonso hubiera sido el mismo, y posible, hubiera acabado adelantándolo. Lo que yo he visto, y seguro que todos vosotros también, es una importante evolución llevada por el equipo al circuito de Silverstone: nuevo suelo (desgraciadamente no lo hemos podido ver, aunque sabemos que es así), y un nuevo alerón trasero. De hecho, podéis ver como el pilón central del alerón trasero que el 150 Italia llevaba hasta el GP de Europa ahora ha desaparecido. Este cambio, sin lugar de dudas, tiene como objetivo hacer funcionar el suelo y el alerón trasero en su conjunto. De hecho, el equipo hasta ha modificado la posición de los escapes.

Con anterioridad, el Ferrari era un monoplaza que traccionaba y aceleraba bien, como demostró en Mónaco, Valencia y Canadá. Esas cualidades no sirven para Silverstone, aunque las sigue conservando, ya que no son ni mucho menos incompatibles. Como ya hemos mencionado, el Circuito de Silverstone es muy exigente aerodinámicamente hablando. Por dar un ejemplo, las enlazadas de Becketts y la curva de derechas tras la recta del hangar (Stowe) son dos claros ejemplos de curvas de alta velocidad, por no hablar de Copse, Woodcote, Abbey o Farm Curve. Por tanto, para ganar en Silverstone como lo hizo Alonso se requiere un monoplaza con una gran capacidad para generar carga aerodinámica. Repito. Para ganar aquí y tener el ritmo (como dice mi amigo Carlos Barazal, de martillo pilón) trepidante que tuvo Alonso, en comparación con el de Vettel, fue escandaloso. ¿Error en boxes? Sí. ¿Tráfico? Sí. Pero los tiempos no engañan. Al principio, con la temperatura muy baja debido al asfalto húmedo y falta de sol sobre el asfalto británico, los Pirelli de los Ferrari no alcanzaban su temperatura de trabajo: mejor dicho, la encontraban, pero tardaron más de lo esperado por el equipo. Sin embargo, el ritmo llegó.

Pero no es está la razón principal por la que pienso que las cosas han ido bien. No, al menos, sólo por los fallos de Red Bull y por la limitación al uso de los escapes sopladores en otro absurdo espectáculo de la FIA. Lo que me hace pensar que Ferrari ha dado un salto adelante ha sido el hecho de que por fin, tras básicamente toda la temporada, los neumáticos duros (en las tandas de libres) funcionaron bien, tenían un ritmo mejor que los de los Red Bull, y eso no ocurría antes … Además, en uno de los pit stops, cuando Alonso seguía en pista después de muchas vueltas, los McLaren, por ejemplo, tenían que poner nuevos neumáticos, y el ritmo de Alonso era mejor.

Como conclusión final decir que Ferrari ha mejorado en aerodinámica sin comprometer su fuerte (aceleración/estabilidad frenada), cuidar aún mejor los neumáticos y hacerlos funcionar, en especial el prime (más duro), y hacer rápido un coche en un circuito de alta carga aerodinámica y exigente como Silverstone. No lo olvidemos y lo voy a volver a repetir: en Silverstone, uno de los circuitos más exigentes aerodinámicamente hablando. Recordemos (de nuevo) que su exigencia aerodinámica es similar a la del Circuit de Catalunya, donde los Red Bull sacaron a Ferrari del orden de un segundo en calificación y fueron doblados en carrera. En definitiva, estamos ante prácticamente un Ferrari 150 Italia B.

Ahora las cosas han cambiado y cómo. ¿Mundial? Probablemente no, por no decir seguro que no. ¿Carreras? Sí. Ferrari a seguir a lo suyo y continuar con la senda encontrada y trazada. Para nosotros nos queda un Mundial más divertido. ¿Qué pasa con Red Bull? Lo he dicho muchas veces: es un conjunto formidable, no sólo un difusor soplador. Es cierto que su aerodinámica gira entorno a eso, pero los escapes podrán soplar retardadamente. Ergo, seguirán ganando, pero, en mi opinión, no tan fácilmente.

Hablar del ‘Race Car Vehicle Dynamics‘ de los hermanos Milliken (William y Douglas) es prácticamente hablar de ‘La Biblia’ del ingeniero de competición. Llegó a mis oídos hace ya años leyendo otro libro imprescindible, del que hablaremos en otra entrada, el ‘Formula 1 Technology‘ de Peter Wright. Ambos libros son muy diferentes, pues mientras que el libro de Peter Wright es muy básico y escrito para ‘aficionados’, el libro de los hermanos Milliken es una obra densa, completa y para especialistas. Dicho de otro modo, el número de ecuaciones matemáticas, gráficos y disertaciones físicas tiende a infinito …, como nos gusta decir a los físicos.

El libro de los hermanos Milliken (en la edición de 1995 de la Sociedad de Ingenieros del Automóvil) es un ‘tocho’ de casi 900 densas páginas dividido en dos partes bien diferenciadas. La primera parte se dedica al estudio de los fundamentos más generales, como neumáticos, principios fundamentales de Aerodinámica, control y estabilidad vehicular (en estado estacionario y en estado transitorio), fuerzas y momentos sobre un vehículo, etc. La segunda parte se centra, de un modo mucho más concreto y detallado, a los aspectos más relevantes de temas claves en el diseño y evolución de monoplazas: el tratamiento de datos de los neumáticos, Aerodinámica aplicada (por cierto, excelente!!!), y todo un compendio de aspectos relacionados con el setup o puesta a punto del chasis (setup mecánico), incluyendo geometría de la suspensión, carga sobre las ruedas, suspensiones, amortiguadores, etc.

Sin lugar a dudas, un libro que todo ingeniero o futuro ingeniero apasionado del motor, que piensa dedicarse al mundo de la competición o sencillamente, cualquier conocedor de Física básica (principalmente Mecánica Clásica y Mecánica de Medios Materiales), debe tener en su colección. La ilustración que acompaña esta entrada corresponden precisamente a la edición que tengo en mi colección particular.

Esta es la primera entrada en mi Blog de toda una serie que pretendo iniciar este verano para comentar, de un modo sencillo y ameno, las principales fuentes bibliográficas técnicas (y no tan técnicas) sobre tecnología del mundo del motor en general, pero sobre todo sobre Fórmula 1 en particular.

En una próxima entrega voy a intentar desgranar los aspectos más importantes de cada capítulo, para de este modo, ‘incitar’ a los lectores a su adquisición, aunque, ojo, ¡no llevo comisión ni mucho menos! Simplemente es un modo de, por un lado, madurar sobre la compresión del texto, y por otro, proporcionar información adicional a mis antiguos alumnos de la asignatura ‘Historia y Tecnología de la Fórmula 1‘ para que sigan avanzando en sus estudios y conocimientos sobre Dinámica Vehicular de coches de competición, en particular, y de vehículos de competición, en general.

Espero que este camino que comienzo ahora sea fructífero a muchos aficionados, seguidores y futuros ingenieros.

Hola a todos. Lo primero de todo es que me tenéis que perdonar por el abandono de las últimas semanas, tanto en el Blog como en Safety Car. La verdad es que los últimos dos meses, que han coincidido con el final del curso lectivo (y que todavía está coleando con exámenes, burocracia, etc.), me han impedido poder dedicar todo el tiempo que me hubiera gustado a una de mis grandes pasiones.

Pronto os traeré más novedades, viejos recuerdos, y espero, diversión y ganas de enseñar tecnología de la Fórmula 1. Ahora os dejo aquí un enlace que es una verdadera joya para nosotros los amantes de la Fórmula 1. Mañana hará dos semanas que nos visitó, como motivo del X Ciclo de Conferencias de la Facultad de Ciencias Experimentales de la Universidad de Huelva, a la cual pertenezco, David Plaza. David, conocido experto nacional en temas de Fórmula 1, impartió una conferencia titulada Cómo entender y disfrutar de la Fórmula 1. Gracias a los compañeros de UniTV y con el apoyo incondicional del Excmo. Sr. Vicerrector de Tecnologías y Calidad de la Universidad de Huelva, Prof. Dr. José Ignacio Aguaded Gómez,pudimos grabar en TV la conferencia íntegra impartida por David. Repito, toda una joya para nuestros seguidores. Espero que disfrutéis de ella tanto como lo hicimos los presentes. Aquí tenéis el enlace directo a la web de nuestra UniTV.

Un saludo y hasta pronto.

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Tres carreras son bastantes para sacar conclusiones, aunque cuatro son mejor. Ahora, tras el GP de Turquía, me ha quedado meridianamente claro que la temporada 2011 va a ser radicalmente diferente a la anterior. Por un lado, y eso es evidente para todos, las carreras son más divertidas, no sólo porque hay más adelantamientos (algo que sin duda ayuda al espectáculo), sino porque todo ha tomado un cariz mucho más táctico, o más teórico si preferís. Tanto que en ocasiones se hace difícil seguir la carrera delante de la TV, con el Twitter abierto, tomando tiempos, con el Time Living, etc., que casi no da tiempo a disfrutar de lo que está sucediendo en ella.

Se pensó desde su introducción que el sistema DRS iba a ayudar a facilitar los adelantamientos, y como en otras tantas ocasiones, iba a ser la panacea. Sin embargo, yo tenía mis dudas razonables. La aerodinámica de los Fórmula 1 actuales es extremadamente compleja y no es tan sencillo decir simplemente “quiero más adelantamientos” y entonces toco aquí el alerón, aumento la altura de los alerones respecto al plano de referencia, los hago más estrechos y zas, así limito la aerodinámica. ¡Qué gran error sería pensar así! Mi experiencia me ha ayudado a entender (o eso creo) que con los ingenieros, las cosas no son tan sencillas. Pero, es que con los ingenieros del deporte del motor más avanzado tecnológicamente, cualquier cosa es difícil de asegurar. De hecho, gran parte de la normativa de 2009 y en adelante, por poner un ejemplo reciente, ideada en principio para favorecer los adelantamientos y limitar los efectos aerodinámicos tuvieron poco éxito, por no decir ninguno. Si unimos eso a la capacidad de trabajo, de gestión y de evolución, y obviamente capacidad económica, cualquier posible solución en esta dirección, más o menos aerodinámica, está prácticamente abocada al fracaso.

¿Por qué, sin embargo, este año las cosas parecen funcionar? Sencillo, no sólo el DRS y otros cambios (más o menos menores) han contribuido a aumentar el número de adelantamientos. Ha habido un factor fundamental, esencial, crítico, … -me quedo sin calificativos- que ha condicionado radicalmente el comportamiento de los monoplazas: los nuevos neumáticos Pirelli. Hay que recordar aquí que un monoplaza de Fórmula 1 es más parecido a un avión que a un coche. De hecho, la diferencia más importante entre ambos no es que uno vuela y el otro no, sino que uno está cerca del suelo y tiene neumáticos en contacto con el mismo y el otro no (al menos durante el vuelo estacionario). Y comprender el comportamiento de un neumático de competición no es tarea fácil. No en vano es uno de los elementos claves, junto con el diseño de las suspensiones y la especificación de la distribución de pesos, que determinan críticamente el éxito de un monoplaza.

Recordemos que durante el GP China, sobre todo al principio de la carrera, no resultó sencillo adelantar a coches con prestaciones similares pese al uso del DRS. Lo primero que pensé fue que la distancia en la que se podía activar el DRS  había sido elegida demasiado corta. Pero al cabo de una vueltas, cuando unos monoplazas tenían neumáticos más frescos y otros más usados, se comenzaron a ver adelantamientos y el DRS ayudó, sin lugar a dudas, a esos adelantamientos. Este fin de semana pasado lo hemos vuelto a ver. De hecho, Fernando Alonso ha declarado también a este respecto: resultan más importantes los neumáticos Pirelli que el DRS a la hora de adelantar.

Así que, me pregunto, ¿funcionaría igual de bien el DRS con neumáticos Bridgestone? Sinceramente, no lo creo. Sería del orden a tener un F-duct, que en realidad, no ayudaba mucho en los adelantamientos, salvo que el monoplaza perseguidor tuviera una ventaja de más de 2 segundos sobre el perseguido (y quizá me quedo corto). ¿Y qué pasaría si los monoplazas no llevaran DRS, pero sí neumáticos Pirelli? Ahí quizá sería más complicado adelantar con la facilidad actual, pero desde luego, sería más fácil que en años anteriores. En resumen, adelantamientos con DRS sí, pero ojo, sobre todo lo que resulta clave son los nuevos neumáticos Pirelli. Y que sigan ..

Me tenéis que perdonar porque la entrada es un poco provisional, debido a la dificultad que lleva una redacción cuidada y meticulosa, especialmente si el tiempo apremia. Así pues, en los próximos días, corregiremos esta entrada, dotándola de toda la información detallada que se merece. Esta tarde podréis disfrutar en directo, en el programa Safety Car, o bien recuperando el podcast correspondiente, todas las explicaciones pertinentes.

La nomenclatura que vamos a seguir durante el programa de hoy es la siguiente:

Figura 1. Fuerza de frenado (normalizada)en función del slip ratio.

Figura 2. Fuerza de tracción (normalizada) en función del slip ratio.

Figura 3. Fuerza lateral vs. ángulo de deriva (con slip ratios de frenado constantes).

Figura 4. Fuerza lateral vs. ángulo de deriva (con slip ratios de tracción constantes).

Figura 5. Fuerza de frenada vs. ángulo de deriva (con slip ratios de frenado constantes).

Figura 6. Fuerza de tracción vs. ángulo de deriva (con slip ratios de tracción constantes).

Figura 7. Curvas de tracción/frenada vs. slip ratio (con ángulos de deriva constantes).

Figura 8. Círculo y elipses de fricción.

Figura 9. Sistema de coordenadas del neumático con las fuerzas y momentos de fuerzas a los que está sometido un neumático.

Figura 1. Fuerza de frenado vs. slip ratio

Figura 2. Fuerza de tracción (normalizada) en función del slip ratio.

Figura 3. Fuerza lateral vs. ángulo de deriva (con slip ratios de frenado constantes).

Figura 4. Fuerza lateral vs. ángulo de deriva (con slip ratios de tracción constantes).

Figura 5. Fuerza de frenada vs. ángulo de deriva (con slip ratios de frenado constantes).

Figura 6. Fuerza de tracción vs. ángulo de deriva (con slip ratios de tracción constantes).

Figura 7. Curvas de tracción/frenada vs. slip ratio (con ángulos de deriva constantes).

Figura 8. Círculo y elipses de fricción.

Figura 9. Sistema de coordenadas del neumático con las fuerzas y momentos de fuerzas a los que está sometido un neumático.

Tercer capítulo dedicado a los neumáticos, en el que se analizan las fuerzas longitudinales más importantes que es capaz de generar un neumático, o dicho de otro modo, a las fuerzas de tracción y frenado. En los dos capítulos anteriores se estudiaron las fuerzas laterales que genera un neumático, y por tanto, la capacidad de generar tracción para tomar las curvas, y ahora analizamos los no menos importantes aspectos previamente mencionado. Este estudio nos permitirá concluir definiendo el concepto de ‘slip ratio‘, tan importante a la hora de caracterizar la capacidad de tracción y frenada.

FUERZA DE TRACCIÓN

Para introducir estos conceptos tan fundamentales vamos a seguir un camino similar al elegido en los capítulos anteriores. Consideremos la figura 1 que se muestra más abajo y sus diferentes partes. Para seguir adecuadamente las explicaciones durante la retransmisión del programa, así como en las explicaciones que se detallan más abajo, denotaremos las diferentes partes de las mismas del siguiente modo. La figura 1a corresponde a la figura dispuesta en la parte superior, la figura 1b a la figura central y la figura 1c a la mostrada en la parte inferior.

La figura 1a muestra un esquema de un neumático que se encuentra sometido a una determinada fuerzas de tracción. A la hora de estudiar el comportamiento de las fuerzas longitudinales a las que se ve sometido un neumático, por lo general, en lugar de utilizar un sistema de referencia ligado al fijo (en reposo relativo respecto a él), se utiliza un sistema de referencia respecto al cual el centro de masa del neumático está fijo. En este sistema de referencia, utilizado usualmente en los ensayos y estudios de fuerzas y momentos sobre neumáticos y ruedas, el suelo se mueve en sentido opuesto. Dicho de otro modo, la figura 1a muestra un neumático en reposo en contacto con un suelo rodante que se mueve hacia la derecha con una velocidad -V. Esto corresponde a una situación en la que el suelo está en reposo y el neumático rueda hacia la derecha con una velocidad V. Para que esto ocurra, la fuerza está sometida a un momento de tracción denotado en la figura como MT (applied driving torque).

Pero, ¿cuál es el efecto del momento de tracción aplicado sobre el neumático? Suponiendo que no existe deslizamiento entre la banda de rodadura y el asfalto (dicho de otro modo, se cumple la condición de rodadura clásica), cuando se aplica un momento de tracción en el sentido indicado en la figura 1a (en sentido contrario a las agujas del reloj para que la rueda avance hacia la izquierda), la misma rueda ejerce a su vez una fuerza de tracción -FT, como aparece indicada en la figura 1a, en sentido horizontal y hacia la derecha sobre la superficie de contacto. Puesto que se cumple el Principio de Acción y Reacción entre los dos cuerpos en contacto (asfalto y neumático), en virtud de la tercera Ley de la Dinámica de Newton, el suelo ejerce precisamente una fuerza (también de tracción) sobre el neumático, y en particular sobre su banda de rodadura, FT, dirigida en horizontalmente hacia la izquierda. Es precisamente esta fuerza la que hace que la rueda avance hacia la izquierda o acelere, si así lo desea el piloto.

Sin embargo, la fuerza de tracción FT no sólo produce la tracción, sino como un efecto añadido, también produce una deformación importante sobre el neumático. ¿Por qué ocurre esto? Como se puede apreciar de un modo pictórico en la figura 1a, la fuerza de tracción FT desplaza la huella del neumático (en realidad, toda la banda de rodadura y parte de la carcasa) hacia delante en relación al eje de la rueda (recordemos que la rueda avanza hacia la izquierda en la figura). Dicha fuerza comprime todos los elementos de la banda de rodadura delante de la huella, con lo que se produce una deformación del neumático. De hecho, si nos fijamos en los segmentos C1 y C2, localizados en la parte izquierda de la rueda en la figura 1a (zona de avance de la misma), ambos corresponden a la misma porción de banda, y por tanto, deberían tener la misma longitud (medida sobre la circunferencia del neumático) y la misma apertura angular, pero no sucede debido precisamente a la compresión que sufren los elementos de la banda de rodadura en las proximidades de la zona de contacto de ésta con el asfalto.

¿Qué consecuencias adicionales tiene la deformación del neumático en su parte delantera cuando se le aplica un momento de tracción (al acelerar el monoplaza)? Dicho de otra manera, ¿quién es el causante directo de la deformación? Pues es en realidad un campo de esfuerzo cortante longitudinal de compresión (en inglés longitudinal shear stress) que aparece en la parte delantera del neumático, justo en la dirección de avance. De hecho, a medida que van ‘entrando’ sucesivos elementos de la banda de rodadura en contacto con el asfalto y se ‘mueven’ hacia la parte de atrás del neumático, entrando precisamente en la región en la que la carga que soporta éste es mayor (ver secciones Los neumáticos I y Los neumáticos II en este mismo blog para más detalles), el esfuerzo cortante longitudinal (de compresión) aumenta de un modo aproximadamente lineal.

Precisamente este comportamiento lo podemos observar en la figura 1b anterior. Esta parte de la figura muestra la distribución de fuerza longitudinal a lo largo de la huella de la banda de rodadura en contacto con el asfalto. En particular, la gráfica indicada con el 2 muestra cómo evoluciona el esfuerzo cortante longitudinal al que se ven sometidas partes de la banda de rodadura, que crece linealmente desde el primer punto de contacto con el asfalto hasta un cierta longitud antes de que ésta deje de estar en contacto con el asfalto. A partir de ese momento, el esfuerzo cortante disminuye abruptamente (aunque también linealmente), hasta que la banda deja de estar en contacto con el asfalto.

Hasta hemos discutido el efecto que un momento de tracción produce, tanto a nivel de deformación del neumático como de los esfuerzos cortantes longitudinales, sobre un neumático. Sin embargo, es muy importante entender que estos fenómenos se produce también en el caso de una rueda que se desplaza (en realidad, rueda o rota sin deslizar) libremente, es decir, una rueda que no está sometida a una fuerza o momento de tracción. De hecho, resulta muy interesante descubrir que esas condiciones, también existe una distribución de esfuerzo cortante en toda la banda de rodadura en contacto con el asfalto. Y de nuevo nos preguntamos, ¿por qué?

La respuesta es relativamente sencilla, y muy probablemente muchos de vosotros nuestros lectores y/u oyentes, ya lo habéis descubierto: el neumático se deforma por el simple hecho de estar apoyado sobre una superficie horizontal (asfalto). De hecho, la deformación es similar, aunque en menor grado, a la que se puede apreciar en la figura 1a. La curva más externa de un neumático es, obviamente, una circunferencia si éste no está apoyado. También lo es en todo el perímetro que no se apoya sobre el asfalto, como se observa en la figura 1a. Pero ese perímetro es plano en toda la zona de contacto entre la banda de rodadura y el asfalto, como es de esperar, independientemente de la presión interna de inflado del neumático (obviamente, a mayor presión, menor superficie de contacto existirá entre la banda de rodadura y el asfalto). Por tanto, el radio del neumático es R para todos los puntos de la banda de rodadura que no están en contacto con el asfalto, pero menor que R (en este caso no es estrictamente un radio, pero creo que se entiende el concepto suficientemente) para aquellos puntos de la goma que están en contacto con la superficie horizontal. Si suponemos que la rueda rueda (valga la redundancia) libremente, su velocidad angular (ángulo girado por unidad de tiempo) es constante, entonces la velocidad lineal de los puntos externos de la banda de rodadura que comienzan a entrar en contacto con el asfalto disminuye. ¿Por qué? Porque la velocidad lineal de estos se obtiene multiplicando la velocidad angular por el radio (distancia al eje de giro). Puesto que esa distancia ha disminuido debido a la deformación mencionada previamente, la velocidad con la que viajan los puntos de la banda de rodadura en contacto con el asfalto disminuya, produciendo una compresión que es consecuencia de un esfuerzo cortante longitudinal dirigido hacia delante por el simple hecho del avance de la rueda. De hecho, la curva 1 de la figura 1b muestra precisamente esa distribución de esfuerzo en el caso de una rueda que rueda libremente (sin momento de tracción). La curva 1 es aproximadamente antisimétrica respecto a un eje que pasa por el centro de rueda debido a que una vez que las partículas de la banda sobrepasan el eje de la rueda, se produce el efecto contrario: el ‘radio efectivo’ aumenta, aumentando la velocidad lineal. Dicho de otro modo, ahora aparece un esfuerzo cortante longitudinal no de compresión, sino de extensión, de ahí su valor negativo en todo el rango.

En realidad, en un neumático que está traccionando, se producen los dos efectos: el efecto representado por la curva 1 (figura 1b), debido al propio peso del neumático, y el efecto representado por la curva 2 (figura 1b), debido a la tracción. El efecto total viene representado por la curva 3 en la figura 1b, que como se puede observar, salvo pequeñas diferencias sin importancia, presenta el mismo comportamiento que la figura 1: un aumento del esfuerzo longitudinal de tracción hasta alcanzar un máximo, localizado aproximadamente en una posición ligeramente posterior al eje de la rueda, para caer abruptamente a medida que la banda de rodadura deja de estar en contacto con el asfalto.

El deslizamiento entre la banda de rodadura y el asfalto suele tener lugar precisamente en la zona final de la huella del neumático, que son precisamente los elementos que, fueron comprimidos previamente en la parte delantera del neumático, y que ahora son estirado para recuperar su forma de ‘no forzado’. Para entender mejor este comportamiento es posible analizar o visualizar la velocidad de los elementos del neumático (banda de rodadura) en contacto con la huella, comparando las figuras 1a y 1c. En la figura 1c se representa la velocidad de los puntos de la banda de rodadura en función de la posición en la que éstos se encuentran a lo largo de la huella que va dejando en el asfalto. Se pueden distinguir claramente cinco regiones diferentes. Una primera región, a la izquierda de la figura, en la que la velocidad de la banda es constante y cuyo valor es la velocidad angular de rotación (denotada en la figura con la letra griega omega mayúscula) multiplicada por el radio del neumático. Este valor es precisamente el que corresponde a la rotación de un punto a lo largo de una circunferencia centrada en el centro de la rueda, y denota precisamente que no han aparecido esfuerzos cortantes longitudinales sobre la banda de rodadura. La segunda zona comienza en el momento en que la velocidad de los puntos comienza a disminuir y finaliza en el punto exacto en el que las partículas de la banda entran en contacto con el asfalto. En esta región se empiezan a apreciar los efectos del esfuerzo cortante, que hacen que las partículas se ‘aprieten’, dando lugar a una disminución efectiva de su velocidad, como se puede apreciar claramente en al figura 1c. A continuación existe una zona en la que la velocidad es constante, para seguidamente dar paso a una cuarta región en la que la velocidad comienza a aumentar monótonamente. Este comportamiento se puede entender del siguiente modo: los elementos de la banda de rodadura están comprimidos, y deben descomprimirse, por lo que deben comenzar a girar cada vez más rápidamente (respecto a la velocidad constante de la región 3), para de este modo adecuarse  a la velocidad que existe tras la huella (velocidad no perturbada). De hecho, resulta interesante comparar las gráficas de las figuras 1b y 1c, entendiendo que el aumento de esta velocidad se corresponden con la existencia de esferzos cortantes de extensión. Finalmente, por inercia, esa velocidad se sobrepasa (ver claramente en la figura 1c) incluso cuando la banda de rodadura ya no está en contacto con el asfalto, para comenzar a ir disminuyen progresivamente en la última región (quinta zona), hasta que las partículas de la banda de rodadura alcanza su velocidad constante.

FUERZA DE FRENADO

En la sección anterior hemos analizado el comportamiento dinámico (fuerzas, momentos y velocidades) de un neumático sometido a un momento de tracción. La siguiente figura, muy similar a la anterior, trata de mostrar un neumático en una situación de frenada, es decir, con un momento tractor contrario al sentido de avance de la rueda, así como la distribución de esfuerzos longitudinales y la velocidad de ‘deslizamiento’ de las partículas de la banda de rodadura en contacto con el asfalto. En la figura 2, a diferencia de lo que ocurre en la figura 1 (ver más arriba), incluye la distribución de fuerzas verticales a lo largo de la huella del neumático, que ayuda a visualizar mejor el comportamiento del neumático durante la frenada.

Figura 2. Esquema de las fuerzas longitudinales (de frenado) que actúan sobre un neumático, su distribución a lo largo de la dirección de avance y distribución de velocidades de los puntos de la banda de rodadura en contacto con el asfalto

La situación que aparece en la figura 2 es, en cierto sentido, opuesta a la que veíamos hace un momento en la figura 1. En este caso, la rueda también está rodando hacia la izquierda, pero sobre ella está actuando ahora un momento de frenado, MB, en sentido contrario al que gira la rueda. Este momento produce una fuerza de frenado sobre el asfalto hacia la izquierda, y por tanto, puesto que se cumple la tercera ley de Newton entre el asfalto y el neumático, el asfalto ejerce a su vez una fuerza con el mismo módulo, misma dirección, pero sentido opuesto, sobre el neumático, como aparece en la figura 2a (FB). Esta fuerza FB ‘tiende a mover’ la huella hacia atrás, en relación al eje del neumático,  comprimiendo los elementos de la banda de rodadura en la parte trasera de la huella. De hecho, esto se puede apreciar en el esquema pictórico incluido en la figura 2a. Análogamente a como se observó en el caso de las fuerzas de tracción, la presencia de esfuerzos longitudinales cortantes (en este caso durante una frenada) producen una variación de longitud de la banda de rodadura cuando ésta se acerca y/o se aleja del asfalto. En particular, como se muestra en la figura 2a, el elemento de longitud C2 es más largo que el elemento C3 debido a la presencia de un esfuerzo cortante longitudinal de extensión en sus proximidades.

Antes de pasar a analizar todas las propiedades de interés, resulta útil comparar los esfuerzos cortantes longitudinales que aparecen en este caso, frenada, mostrados en la figura 2 que estamos discutiendo, y los que aparecen en el caso de la tracción, mostrados previamente en la figura 1. En el caso de la fuerza de tracción, ésta actúa sobre la parte delantera de la huella, mientras que en el caso de la fuerza de frenado, ésta actúa fundamentalmente sobre la parte trasera de la misma. La fuerza de tracción está dirigida en el mismo sentido en que gira la rueda (hacia la izquierda), mientras que la fuerza de frenado va dirigida en sentido contrario, como se aprecia en las figuras 1 y 2. Finalmente, la fuerza de tracción tiende a comprimir los elementos de la banda de rodadura en la parte delantera de la huella, mientras que la fuerza de frenado tiende a estirar los elementos de la banda de rodadura en la parte delantera de la huella.

Hola a todos,

Finalmente he decidido lanzarme y me he liado la manta a la cabeza: he creado el Podcast de Safety Car en iTunes Store. La estado actual de los archivos de todos los programas de Safety Car emitidos hasta ahora es un poco compleja. Si estáis interesados en descargar los diferentes programas o bien suscribiros al Podcast, os explico la situación transitoria actual y que espero que en unos días desaparezca.

En este mismo blog, tenéis dos tipos de enlaces, dependiendo de la temporada.

Temporada 2009-2010: Todos (en realidad, casi todos) los programas de la temporada pasada se encuentran alojados en un servidor y los enlaces se encuentran aquí mismo, en la barra de la izquierda y abajo de la página principal del blog.

Temporada 2010-2011: Los enlaces de esta temporada está accesibles de dos modos, ambos provisionales: a través de enlaces para bajarse los programas (Podcasts de Uniradio – Safety Car), o bien pinchando en el icono de iTunes, con lo que os suscribís haciendo uso de vuestro iTunes cliente. Este último medio no significa que Safety Car esté en iTunes Stor

Una vez finalizada la descripción de todos los podcasts previos (año anterior y podcast de esta temporada), que en estos momento el equipo de Safety Car está llevando a cabo, todos los porgramas de Safety Car estarán disponibles vía iTunes Store. Para los impacientes, aquí tenéis los primeros podcasts. También podéis buscar obviamente en la sección de Podcasts de iTunes Store, por ‘Safety Car’, y lo encontraréis rápidamente.

Un saludo y a disfrutar!