Artículos de Opinión

Empezamos una serie de Artículos en Graining, consistentes en el relato de los pasos a seguir en todo diseño de un Coche de Competición; cuando nos referimos al diseño completo, nos estamos refiriendo al proceso completo, es decir: desde la idea original y adaptación del diseño a la categoría elegida, hasta la puesta en pista.

Se trata de un proceso o protocolo, que en algunos puntos es susceptible de ser cambiado de orden; bien es verdad y asía se hará énfasis, existen algunos pasos que son ineludibles y otras cadenas de pasos cuyo orden también es invariable.

El diseño de un race car, posee diversas vertientes o áreas de trabajo; fundamentalmente:

• Body – Chassis.
• Neumáticos.
• Suspensión.
• Motor.

Estas son las 4 principales áreas de investigación sobre las que trabajar para conseguir un bien diseño.

Si se analizan mejor estas 4 áreas, se puede fácilmente llegar a la siguiente conclusión:

–> Imagen extraída de una charla a la que asistí, del gran Willem Toet. Creo recordar, que también la podéis encontrar en YouTube.

Es decir:

• Una mejora del 10% en el grip de los neumáticos, mejora aprox. en 3 segundos de tiempo por vuelta.
• Una mejora del 10% en la masa (no necesariamente una reducción) equivale a una mejora de 1.7 segundos de tiempo por vuelta.
• Una mejora del 10% en la potencia del motor, equivale a una mejora de 1.4 segundos de tiempo por vuelta.
• Finalmente, una mejora del 10% en la aero del coche, equivale a 0.9 segundos de tiempo por vuelta.

Por tanto, se podría decir que la aero es casi le menos importante de todas las áreas; pero esto no es así:

De hecho, todo lo contrario:

Para mejorar el grip fundamentalmente, es necesario mejorar la suspensión (lógicamente), pero para mejorar la suspensión es necesario mejorar la interacción entre la suspensión propiamente dicha, los neumáticos en sí mismos y la aerodinámica del vehículo; esta misma temporada de 2022, podemos ver la interacción Maliciosa, entre la aero y la suspensión, produciéndose el famoso Porpoising; por tanto, una mejora en prácticamente todas las áreas ingenieriles del un race car, implica una mejora en la aero; esta mejora se refiere, como ya se ha visto, a una mejora en el trabajo conjunto.

Existe mucho desconocimiento desde un punto de vista aerodinámico, del funcionamiento aerodinámico (valga la redundancia) de un race car. Para muestra 2 preguntas:

• Si el difusor aumenta de área, significa que hay más presión en dicha zona (aplicando en principio de Bernoulli); por tanto, si hay más presión ahí que en el suelo, cómo puede el difusor “succionar” aire de la parte inferior del suelo ?
• Porqué el DRS se coloca en el rear wing y no se coloca en el front wing?

2 preguntas que seguro, no todo el mundo sabe responderlas; animamos a contestarlas en Twitter; estaremos atentos a las respuestas; no obstante, si os parece, haremos algún Artículo respondiéndolas…

La reducción de tiempo por vuelta del un race car, viene determinado por multitud de factores pero todos ellos se resumen diciendo que todos los elementos que componen el coche, han de funcionar de manera óptima y trabajar de manera conjunta con todos los elementos. Es algo esencial este trabajo conjunto; no vale en tener un buen motor si no se tiene un buen grip o agarre con el asfalto, o no vale para nada o casi nada, tener una buena downforce (buena downforce no significa, ya lo veremos, mucha downforce) si no se tiene una suspensión adecuada; es necesario sí o sí, que todo trabaje de manera unida y de forma armoniosa.

Vamos a suponer que queremos un race car para una determinada categoría; lógicamente se ha de conocer la normativa técnica principalmente, en cuanto a conocer medidas máximas y mínimas, así como pesos máximos y mínimos, básicamente. Una vez elegida la categoría, se realiza un primer diseño; el objetivo de este primer diseño es:

• Conocer las velocidades máximas en curvas, sea cual sea la curva.

Se trata de un diseño Super Sencillo; ha de basarse en las siguientes reglas:

• Conocer la Masa total del coche; en función de la Normativa de la Categoría elegida.

Hay otra regla a introducir: es lógicamente, conocer el NEUMÁTICO.

Hay mucha gente que pregunta cuál es la primera cosa a tener en cuenta en un diseño, incluso de F1:

La respuesta es clara y corta:

EL NEUMÁTICO.

Un F1, se diseña alrededor del Neumático, ni más ni menos; es algo tremendamente esencial; el resto de categorías, hacen igualmente lo mismo; todo el diseño gira entorno a las características del neumático y por tanto, es esencial y necesario conocerlo en profundidad; esto, se verá más adelante en otros Artículos formando parte de esta serie.

Por tanto, la situación en la que estamos es la siguiente:

Conocemos los neumáticos a usar, así como la masa “m2” total del coche; son las 2 cosas necesarias para empezar; con estos datos, se calcula la velocidad “V” máxima en cualquier curva (“g” es la aceleración de la gravedad, “r” el radio de la curva):

V=(m1 * g * Cf * r / m2)^0.5

2 cosas muy importantes:

“m1” es la masa del coche + la downforce.

“Cf” es el coeficiente de fricción del neumático.

Evidentemente, son 2 valores complicados en principio, de conocer; se verán con atención a lo largo de esta serie de artículos, pero son absolutamente necesarios, no sólo en este primer paso del diseño global, sino en muchos otros como se verá.

Lo importante a destacar de esta relación matemática, es “m1”; es la suma de la carga aerodinámica y la propia masa del coche; hay que tener en cuenta y es lo importante realmente darse cuenta, que la carga aerodinámica, es una “masa artificial”; es decir: es una masa que aumenta la fricción o grip con el asfalto (en curva esencial) pero no tiene INERCIA. Es lo fundamental en el análisis de esta expresión.

Resumiendo: disponemos ya de un primer diseño (neumáticos y masa total), con el que podemos saber las velocidades máximas en cualquier curva; hay que tener en cuenta también, que son velocidades aproximadas (muy reales pero no exactas), pues la suspensión y el reparto de masas e inercias, también afectan a dicha velocidad máxima, entendiéndola como la velocidad que a partir de ella, el coche derrapa.

En el próximo Artículo, explicaremos cómo analizar los neumáticos describiendo con detalle el famoso modelo de Pacejka, pasando antes por la transferencia de pesos en aceleraciones y curvas. Arduo trabajo, pero absolutamente necesario.

Cualquier pregunta, ya sabéis;:Twitter siempre abierto a vosotros.

–> Añadir algo muy importante para esta serie de Artículos:

A medida que hagan falta plantillas de cálculo u otro material para calcular y determinar medidas, pesos, inercias, fuerzas, etc….. , dichas plantillas serán incluidas en cada Artículo para poder ser descargadas libremente sin mayor problema.

Autor:

TIMOTEO BRIET BLANES Twitter @timoteobriet

-Licenciado Matemáticas, Profesor Ingeniería Industrial.
-Especialista en Aerodinámica y CFD, Cosmología y Astronomía.
-Profesor de Master en Ingeniería de Competición (Sun Red -Barcelona, Ismans -Le Mans, Metca – Epsilon Euskadi, MIC – Universidad Valencia, Universidad Nebrija -Madrid).
-Diseñador de: Xerus Bus (Tata Motors), Aprilia 125 cc 2005, Casco Jorge Lorenzo 2007- 250 cc, LMP3 Ismans -Le Mans, Enviate – Pikes Peak, Super TC2000 Peugeot Oficial -Argentina,
etc….

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