Un monoplaza de Fórmula 1 o monoplaza F1 es un monoplaza de competición monoplaza , de cabina abierta y ruedas abiertas , con alerones delanteros y traseros importantes y un motor situado detrás del piloto , destinado a competir en eventos de carreras de Fórmula 1. Las normas que rigen los monoplazas son exclusivas del campeonato y especifican que los coches deben ser construidos por los propios equipos de carreras, aunque el diseño y la fabricación pueden subcontratarse. [1] Los pilotos de Fórmula 1 experimentan fuerzas máximas en las curvas de hasta seis g laterales. [2]
Los monoplazas de Fórmula 1 de la actualidad están construidos con compuestos de fibra de carbono y materiales ultraligeros similares. El peso mínimo permitido es de 740 kg (1631 lb) [3], incluido el piloto, pero sin el combustible. Los coches se pesan con neumáticos para clima seco instalados. [4] Antes de la temporada 2014 de F1, los coches solían pesar menos de este límite, por lo que los equipos añadían lastre para añadir peso al coche. La ventaja de utilizar lastre es que se puede colocar en cualquier parte del coche para proporcionar una distribución ideal del peso. Esto puede ayudar a bajar el centro de gravedad del coche para mejorar la estabilidad y también permite al equipo ajustar la distribución del peso del coche para adaptarse a los circuitos individuales.
En la temporada 2006 de Fórmula 1, la Federación Internacional del Automóvil (FIA) introdujo una nueva fórmula de motor que obligaba a los coches a utilizar motores atmosféricos de 2,4 L en configuración V8 , con no más de cuatro válvulas por cilindro. [5] También se introdujeron otras restricciones técnicas, como la prohibición de las trompetas de admisión variable, con la nueva fórmula V8 de 2,4 L para evitar que los equipos alcanzaran mayores RPM y caballos de fuerza demasiado rápido. La temporada 2009 limitó los motores a 18.000 rpm para mejorar la fiabilidad del motor y reducir los costes. [5]
Durante una década, los coches de F1 habían corrido con motores atmosféricos de 3,0 L y todos los equipos se habían decidido por un diseño V10 al final del período; sin embargo, el desarrollo había llevado a que estos motores produjeran entre 730 y 750 kW (980 y 1000 hp), [6] y los coches alcanzaran velocidades máximas de 375 km/h (233 mph) (Jacques Villeneuve con Sauber-Ferrari) en el circuito de Monza . [7] Los equipos comenzaron a utilizar aleaciones exóticas a finales de la década de 1990, lo que llevó a la FIA a prohibir el uso de materiales exóticos en la construcción de motores, y solo se permitían aleaciones de aluminio, titanio y hierro para los pistones, cilindros, bielas y cigüeñales. [5] La FIA ha aplicado continuamente restricciones de materiales y diseño para limitar la potencia. Incluso con las restricciones, los V10 de la temporada 2005 tuvieron fama de desarrollar 730 kW (980 hp), niveles de potencia no vistos desde antes de la prohibición de los motores turboalimentados en 1989. [6]
Los equipos con menos recursos (el antiguo equipo Minardi gastó menos de 50 millones, mientras que Ferrari invertía cientos de millones de euros al año en desarrollar su monoplaza) tenían la opción de mantener el V10 actual una temporada más, pero con un limitador de revoluciones para seguir siendo competitivos con los motores V8 más potentes. El único equipo que optó por esta opción fue el equipo Toro Rosso , que se reformó y reagrupó a Minardi.
En 2012, los motores consumían alrededor de 450 L (16 pies cúbicos) de aire por segundo (al límite de revoluciones de 2012 de 18 000 rpm); [8] la tasa de consumo de combustible en carrera normalmente era de alrededor de 75 L/100 km (3,8 mpg ‑imp ; 3,1 mpg ‑US ). [8]
Todos los coches tienen el motor situado entre el conductor y el eje trasero. Los motores son un elemento de soporte estructural en la mayoría de los coches, es decir, forman parte del armazón, estando atornillados a la cabina en la parte delantera y a la transmisión y la suspensión trasera en la parte trasera.
En el campeonato de 2004, los motores debían durar un fin de semana completo de carrera. Para el campeonato de 2005, debían durar dos fines de semana completos de carrera, y si un equipo cambiaba un motor entre las dos carreras, incurría en una penalización de 10 posiciones en la parrilla. En 2007, esta regla se modificó ligeramente y un motor solo tenía que durar el sábado y el domingo. Esto fue para promover el funcionamiento del viernes. En la temporada 2008, los motores debían durar dos fines de semana completos de carrera; la misma regulación que la temporada 2006. Sin embargo, para la temporada 2009, a los pilotos se les permitió usar un máximo de 8 motores por cabeza durante la temporada, lo que significa que un par de motores tenían que durar tres fines de semana de carrera. Este método de limitar los costos del motor también aumentó la importancia de las tácticas, ya que los equipos tenían que elegir en qué carreras emplear un motor nuevo o uno ya usado.
A partir de la temporada 2014, todos los monoplazas de F1 han estado equipados con motores V6 de 1,6 L turboalimentados. Los turbocompresores habían estado prohibidos desde 1989. Este cambio puede suponer una mejora de hasta un 29% en la eficiencia del combustible. [9] Una de las muchas razones por las que Mercedes dominó la temporada al principio se debió a la colocación del compresor del turbocompresor a un lado del motor y la turbina al otro; ambos estaban conectados por un eje que recorría la V del motor. El beneficio era que el aire no pasaba por tantas tuberías, lo que a su vez reducía el retraso del turbo y aumentaba la eficiencia del coche. Además, significaba que el aire que pasaba por el compresor era mucho más frío, ya que estaba más alejado de la sección caliente de la turbina. [10]
![El BMW M12/13, un motor turbo de 4 cilindros y 1,5 L para los coches Brabham-BMW de la década de 1980, desarrollaba 1400 CV durante la clasificación.[11]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/2/25/BMW_M12-13_BMW-Museum.JPG/1280px-BMW_M12-13_BMW-Museum.JPG)
Los coches de Fórmula 1 utilizan cajas de cambios secuenciales semiautomáticas altamente automatizadas con levas en el volante, con regulaciones que establecen que se deben usar 8 marchas hacia adelante (aumentadas de 7 a partir de la temporada 2014 en adelante) [12] y 1 marcha atrás, con tracción trasera . [13] La caja de cambios está construida de titanio de carbono, ya que la disipación de calor es un problema crítico, y está atornillada a la parte trasera del motor. [14] Las cajas de cambios completamente automáticas y sistemas como el control de lanzamiento y el control de tracción han sido ilegales desde 2004 y 2008 , respectivamente, para mantener la habilidad y la participación del conductor importantes en el control del automóvil, y para garantizar que ningún equipo esté usando estos sistemas ilegalmente para obtener una ventaja competitiva, así como para mantener bajos los costos. [14] [15] [16] El conductor inicia los cambios de marcha utilizando paletas montadas en la parte posterior del volante , y solenoides eléctricos avanzados , actuadores hidráulicos y sensores realizan el cambio real, así como el control electrónico del acelerador . El control del embrague también se realiza electrohidráulicamente, excepto cuando se lanza desde parado (es decir, parado, neutral) a la primera marcha, donde el conductor opera el embrague manualmente utilizando una palanca montada en la parte posterior del volante. [17] El último monoplaza de F1 equipado con una caja de cambios manual convencional , el Forti FG01 , corrió en 1995. [18]
Un embrague de F1 moderno es un diseño de carbono de múltiples placas con un diámetro de menos de 100 mm (3,9 pulgadas), [17] que pesa menos de 1 kg (2,2 libras) y maneja alrededor de 540 kW (720 hp). [6] A partir de la [update]temporada de carreras de 2009, todos los equipos están utilizando transmisiones de cambio continuo , que permiten un cambio de marchas casi instantáneo con una pérdida mínima de tracción. Los tiempos de cambio para los autos de Fórmula Uno modernos están en la región de 2 a 3 ms . [19] Para mantener bajos los costos en la Fórmula Uno, las cajas de cambios deben durar cinco eventos consecutivos y, desde 2015, las relaciones de la caja de cambios se fijarán para cada temporada (para 2014 solo se podrían cambiar una vez). Cambiar una caja de cambios antes del tiempo permitido causará una penalización de cinco lugares en la parrilla de salida para el primer evento en el que se use la nueva caja de cambios. [20]
La aerodinámica se ha convertido en la clave del éxito en este deporte y los equipos gastan decenas de millones de dólares en investigación y desarrollo en este campo cada año.
El diseñador aerodinámico tiene dos preocupaciones principales: la creación de carga aerodinámica, para ayudar a empujar los neumáticos del coche sobre la pista y mejorar las fuerzas en las curvas, y minimizar la resistencia causada por la turbulencia que ralentiza el coche.
A finales de los años 60, varios equipos comenzaron a experimentar con las conocidas alas. Las alas de los coches de carreras funcionan según el mismo principio que las alas de los aviones, pero están configuradas para generar una fuerza hacia abajo en lugar de hacia arriba. Un coche de Fórmula 1 moderno es capaz de desarrollar una fuerza de 6 G en las curvas laterales [21] debido a la carga aerodinámica. La carga aerodinámica que permite esto suele ser mayor que el peso del coche. Eso significa que, en teoría, a altas velocidades, podrían circular sobre la superficie invertida de una estructura adecuada; por ejemplo, sobre el techo .
El uso de la aerodinámica para aumentar el agarre de los coches fue una iniciativa pionera en la Fórmula 1 de la temporada 1968 de la mano de Lotus , Ferrari y Brabham . Al principio, Lotus introdujo modestos alerones delanteros y un alerón en el Lotus 49 B de Graham Hill en el Gran Premio de Mónaco de 1968 ; después, Brabham y Ferrari fueron un paso más allá en el Gran Premio de Bélgica de 1968 con alerones de ancho completo montados sobre puntales muy por encima del piloto.
Los primeros experimentos con alas móviles y montajes elevados provocaron algunos accidentes espectaculares y, para la temporada de 1970, se introdujeron normas para limitar el tamaño y la ubicación de las alas. Tras evolucionar con el tiempo, hoy en día se siguen utilizando normas similares.
A finales de los años 60, Jim Hall, de Chaparral, fue el primero en introducir la carga aerodinámica por " efecto suelo " en las carreras de coches. A mediados de los años 70, los ingenieros de Lotus descubrieron que se podía hacer que todo el coche actuara como un ala gigante mediante la creación de una superficie aerodinámica en su parte inferior que haría que el aire que se moviera en relación con el coche lo empujara hacia la carretera. Aplicando otra idea de Jim Hall de su deportivo Chaparral 2J, Gordon Murray diseñó el Brabham BT46B , que tenía un ventilador de radiador que también extraía aire del área del faldón debajo del coche, creando una enorme carga aerodinámica. Después de los desafíos técnicos de otros equipos, se retiró después de una sola carrera. Luego se produjeron cambios en las reglas para limitar los beneficios de los "efectos suelo": primero, la prohibición de los faldones utilizados para contener el área de baja presión, y más tarde, el requisito de un "suelo escalonado".
A pesar de los túneles de viento de tamaño real y la enorme potencia informática que utilizan los departamentos de aerodinámica de la mayoría de los equipos, los principios fundamentales de la aerodinámica de la Fórmula 1 siguen aplicándose: crear la máxima cantidad de carga aerodinámica con la mínima cantidad de resistencia aerodinámica. Los alerones primarios montados en la parte delantera y trasera están equipados con diferentes perfiles según los requisitos de carga aerodinámica de una pista en particular. Los circuitos estrechos y lentos como Mónaco requieren perfiles de alerón muy agresivos: los coches llevan dos "láminas" de "elementos" independientes en los alerones traseros (dos es el máximo permitido). Por el contrario, en circuitos de alta velocidad como Monza, los coches se despojan de la mayor cantidad posible de alerones para reducir la resistencia aerodinámica y aumentar la velocidad en las rectas largas.
Cada superficie de un monoplaza moderno de Fórmula 1, desde la forma de los enlaces de suspensión hasta la del casco del piloto, tiene en cuenta sus efectos aerodinámicos. El aire interrumpido, donde el flujo se "separa" de la carrocería, crea turbulencias que generan resistencia aerodinámica, lo que hace que el coche vaya más lento. Se ha dedicado casi tanto esfuerzo a reducir la resistencia como a aumentar la carga aerodinámica, desde las placas verticales de los extremos instaladas en las alas para evitar la formación de vórtices hasta las placas difusoras montadas en la parte baja de la parte trasera, que ayudan a volver a igualar la presión del aire que fluye más rápido y que ha pasado por debajo del coche y que de otro modo crearía un "globo" de baja presión que arrastraría la parte trasera. A pesar de esto, los diseñadores no pueden hacer que sus coches sean demasiado "resbaladizos", ya que se debe garantizar un buen suministro de flujo de aire para ayudar a disipar las enormes cantidades de calor producidas por el motor y los frenos.
En los últimos años, la mayoría de los equipos de Fórmula 1 han intentado emular el diseño de "cintura estrecha" de Ferrari, en el que la parte trasera del coche se hace lo más estrecha y baja posible. Esto reduce la resistencia y maximiza la cantidad de aire disponible para el alerón trasero. Las "barge boards" instaladas en los laterales de los coches también han ayudado a dar forma al flujo de aire y minimizar la cantidad de turbulencia.
En 2005, la FIA revisó la normativa y obligó a los especialistas en aerodinámica a ser aún más ingeniosos. En un intento de reducir la velocidad, la FIA redujo la carga aerodinámica elevando el alerón delantero, adelantando el alerón trasero y modificando el perfil del difusor trasero. Los diseñadores recuperaron rápidamente gran parte de esta pérdida con una variedad de soluciones intrincadas y novedosas, como los alerones en forma de "cuerno" que se vieron por primera vez en el McLaren MP4-20 . La mayoría de estas innovaciones fueron prohibidas en virtud de una normativa aerodinámica aún más estricta impuesta por la FIA en 2009. Los cambios se diseñaron para promover los adelantamientos al facilitar que un coche siguiera de cerca a otro. Las nuevas reglas llevaron a los coches a otra nueva era, con alerones delanteros más bajos y anchos, alerones traseros más altos y estrechos y, en general, una carrocería mucho más "limpia". Sin embargo, quizás el cambio más interesante fue la introducción de la "aerodinámica móvil", con la que el piloto podía hacer ajustes limitados en el alerón delantero desde la cabina durante una carrera.
El nuevo sistema de alerón trasero DRS (Drag Reduction System), introducido en 2011, sustituyó al anterior. También permite a los pilotos realizar ajustes, pero la disponibilidad del sistema está regulada electrónicamente: originalmente se podía utilizar en cualquier momento durante los entrenamientos y la clasificación (a menos que un piloto llevara neumáticos para lluvia), pero durante la carrera, solo se podía activar cuando un piloto iba a menos de un segundo de otro coche en puntos predeterminados de la pista. (A partir de 2013, el DRS solo está disponible en los puntos predeterminados durante todas las sesiones). El sistema se desactiva cuando el piloto frena. El sistema "calla" el alerón trasero abriendo un flap, lo que deja un espacio horizontal de 50 mm en el alerón, lo que reduce la resistencia y permite velocidades máximas más altas. Sin embargo, esto también reduce la carga aerodinámica, por lo que normalmente se utiliza en tramos largos de pista recta o en secciones que no requieren una gran carga aerodinámica.
El sistema se introdujo para fomentar los adelantamientos y suele ser el motivo de adelantamientos en las rectas o al final de las mismas, cuando se fomenta el adelantamiento en las siguientes curvas. Sin embargo, la recepción del sistema DRS ha sido diversa entre los pilotos, los aficionados y los especialistas.
Los primeros diseños vinculaban las alas directamente a la suspensión, pero varios accidentes llevaron a que se establecieran reglas que establecieran que las alas debían estar fijadas rígidamente al chasis. La aerodinámica de los autos está diseñada para proporcionar la máxima carga aerodinámica con un mínimo de resistencia ; cada parte de la carrocería está diseñada con este objetivo en mente. Como la mayoría de los autos de ruedas abiertas, cuentan con grandes alerones delanteros y traseros , pero están mucho más desarrollados que los autos de carreras de ruedas abiertas estadounidenses, que dependen más del ajuste de la suspensión; por ejemplo, el morro se eleva por encima del centro del alerón delantero, lo que permite que todo su ancho proporcione carga aerodinámica. Los alerones delanteros y traseros están muy esculpidos y extremadamente 'afinados', junto con el resto de la carrocería, como las paletas giratorias debajo del morro, los bargeboards , los pontones, la parte inferior de la carrocería y el difusor trasero . También cuentan con apéndices aerodinámicos que dirigen el flujo de aire. Un nivel tan extremo de desarrollo aerodinámico significa que un auto de F1 produce mucha más carga aerodinámica que cualquier otra fórmula de ruedas abiertas; Los coches Indy, por ejemplo, producen una carga aerodinámica igual a su peso (es decir, una relación carga aerodinámica:peso de 1:1) a 190 km/h (118 mph), mientras que un coche de F1 logra lo mismo entre 125 y 130 km/h (78 y 81 mph), y a 190 km/h (118 mph) la relación es aproximadamente 2:1. [22]
Los bargeboards, en particular, están diseñados, moldeados, configurados, ajustados y posicionados no para crear carga aerodinámica directamente, como con un alerón convencional o un venturi debajo de la carrocería, sino para crear vórtices a partir del derrame de aire en sus bordes. El uso de vórtices es una característica importante de las últimas generaciones de autos de Fórmula 1. Dado que un vórtice es un fluido giratorio que crea una zona de baja presión en su centro, la creación de vórtices reduce la presión local general del aire. Dado que la baja presión es lo que se desea debajo del auto, ya que permite que la presión atmosférica normal presione el auto hacia abajo desde la parte superior; al crear vórtices, se puede aumentar la carga aerodinámica sin dejar de respetar las reglas que prohíben los efectos del suelo . [ dudoso – discutir ]
Los monoplazas de Fórmula 1 de la temporada 2009 fueron muy cuestionados debido al diseño de los difusores traseros de los monoplazas Williams, Toyota y Brawn GP con Jenson Button y Rubens Barrichello, denominados difusores dobles . Las apelaciones de muchos de los equipos fueron escuchadas por la FIA, que se reunió en París, antes del Gran Premio de China de 2009 , y el uso de dichos difusores fue declarado legal. El jefe de Brawn GP, Ross Brawn, afirmó que el diseño del difusor doble era "un enfoque innovador de una idea existente". Estos fueron posteriormente prohibidos para la temporada 2011. Otra controversia de las temporadas 2010 y 2011 fue el alerón delantero de los monoplazas Red Bull. Varios equipos protestaron alegando que el alerón infringía las normas. Las imágenes de las secciones de alta velocidad de los circuitos mostraban que el alerón delantero de Red Bull se doblaba por fuera, lo que posteriormente creaba una mayor carga aerodinámica. Se realizaron pruebas en el alerón delantero de Red Bull y la FIA no pudo encontrar ninguna forma de que el alerón infringiera alguna normativa.
Desde el inicio de la temporada 2011, los coches pueden circular con un alerón trasero regulable, más conocido como DRS (drag reduction system), un sistema para combatir el problema de las turbulencias en el aire durante los adelantamientos. En las rectas de una pista, los pilotos pueden desplegar el DRS, que abre el alerón trasero, reduce la resistencia del coche y le permite moverse más rápido. En cuanto el piloto toca el freno, el alerón trasero se vuelve a cerrar. En los entrenamientos libres y la clasificación, un piloto puede utilizarlo cuando quiera, pero en carrera, solo se puede utilizar si el piloto está a 1 segundo o menos de otro piloto en la zona de detección del DRS en la pista de carreras, momento en el que se puede activar en la zona de activación hasta que el piloto frene.
La caja nasal o, más comúnmente, los conos nasales cumplen tres propósitos principales:
Los morros son estructuras huecas fabricadas con fibras de carbono que absorben el impacto en el momento del choque evitando lesiones al conductor.
Justo detrás de la cabina del conductor hay una estructura llamada Air Box. La Air Box tiene dos propósitos. Recibe el aire en movimiento a alta velocidad y lo suministra al colector de admisión del motor. Este aire a alta velocidad está presurizado y, por lo tanto, comprimido debido al efecto Ram. Este aire a alta presión, cuando se suministra al motor, aumenta su potencia. Además, el aire que se le suministra es muy turbulento, ya que pasa por encima del casco del conductor. La caja de aire absorbe este aire turbulento, evitando que perturbe el flujo de aire laminar junto con otras partes. La segunda ventaja de la caja de aire es su gran tamaño, que proporciona un gran espacio para la publicidad, lo que a su vez brinda oportunidades para obtener ingresos publicitarios adicionales.
Las regulaciones de la F1 limitan en gran medida el uso de la aerodinámica de efecto suelo , que es un medio muy eficiente para crear carga aerodinámica con una pequeña penalización de resistencia. La parte inferior del vehículo, la bandeja inferior, debe ser plana entre los ejes. Una tabla de madera de 10 mm (a partir de 2008) de espesor, o bloque de deslizamiento , [23] corre por el medio del auto para evitar que los autos corran lo suficientemente bajo como para entrar en contacto con la superficie de la pista; este bloque de deslizamiento se mide antes y después de una carrera. Si la tabla tiene menos de 9 mm de espesor después de la carrera, el auto es descalificado. El cambio de reglas de 2022 permitió a los equipos utilizar túneles Venturi para crear mucho más efecto suelo de lo que permitían las temporadas anteriores. Este cambio, junto con una gran simplificación de la aerodinámica de la carrocería, se realizó con la intención de crear carreras más cercanas al reducir los vórtices creados por las complejas alas. [24]
Una cantidad sustancial de carga aerodinámica se proporciona mediante el uso de un difusor trasero que se eleva desde la bandeja inferior en el eje trasero hasta la parte trasera real de la carrocería. Las regulaciones de F1 limitaron en gran medida el uso del efecto suelo hasta el cambio de reglas de 2022, que son un medio altamente eficiente para crear carga aerodinámica con una pequeña penalización de resistencia. Hasta 2022, la parte inferior del vehículo, la bandeja inferior, tenía que ser plana entre los ejes. [25] El tamaño limitado de las alas (que requieren su uso en ángulos de ataque altos para crear suficiente carga aerodinámica) y los vórtices creados por las ruedas abiertas conducen a un alto coeficiente de resistencia aerodinámica (alrededor de 1 según el director técnico de Minardi , Gabriele Tredozi ; [26] en comparación con el automóvil moderno promedio , que tiene un valor C d entre 0,25 y 0,35), de modo que, a pesar de la enorme potencia de salida de los motores, la velocidad máxima de estos autos es menor que la de los corredores Mercedes-Benz y Auto Union Silver Arrows de la Segunda Guerra Mundial . Sin embargo, esta resistencia se compensa con creces con la capacidad de tomar curvas a velocidades extremadamente altas. La aerodinámica se ajusta para cada circuito; con una configuración de baja resistencia para circuitos donde la alta velocidad es más importante, como el Autodromo Nazionale Monza , y una configuración de alta tracción para circuitos donde tomar curvas es más importante, como el Circuito de Mónaco .
Con las regulaciones de 2009, la FIA libró a los autos de F1 de los pequeños winglets y otras partes del auto (menos el alerón delantero y trasero) que se usan para manipular el flujo de aire del auto con el fin de disminuir la resistencia y aumentar la carga aerodinámica. Actualmente, el alerón delantero está diseñado específicamente para empujar el aire hacia todos los winglets y bargeboards para que el flujo de aire sea suave. Si se eliminan, varias partes del auto causarán una gran resistencia cuando el alerón delantero no pueda dar forma al aire más allá de la carrocería del auto. Las regulaciones que entraron en vigencia en 2009 redujeron el ancho del alerón trasero en 25 cm y estandarizaron la sección central del alerón delantero para evitar que los equipos desarrollaran el alerón delantero. Los autos experimentaron cambios importantes en 2017, lo que permitió alerones delanteros y traseros más anchos y neumáticos más anchos . [27]
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Durante gran parte de la era turbo-híbrida, los conductores han notado que seguir de cerca a otros autos, particularmente cuando intentan adelantar, se ha vuelto considerablemente más difícil debido a grandes cantidades de turbulencia o "aire sucio" del auto líder que reducen el rendimiento aerodinámico del auto siguiente. Por lo tanto, para la temporada 2022 , la FIA realizó cambios técnicos en las características aerodinámicas de los autos para reducir la cantidad de este "aire sucio" y permitir adelantamientos más fáciles. El alerón delantero, los pontones y el alerón trasero se han rediseñado para redirigir la turbulencia aerodinámica hacia arriba, y se adoptaron neumáticos más grandes con llantas de 18 pulgadas en un esfuerzo por limitar los vórtices disruptivos generados por su rotación. [28]
El conductor tiene la capacidad de ajustar con precisión muchos elementos del coche de carreras desde dentro de la máquina utilizando el volante. El volante se puede utilizar para cambiar de marcha, aplicar el limitador de revoluciones, ajustar la mezcla de combustible/aire, cambiar el equilibrio de los frenos, controlar el diferencial, la unidad de potencia, el freno motor y llamar a la radio. Los datos como las rpm del motor, los tiempos de vuelta, la temperatura de los neumáticos, la temperatura de los frenos, la velocidad y la marcha se muestran en una pantalla LCD. El cubo del volante también incorporará levas de cambio de marcha y una fila de luces LED de cambio . El volante solo puede costar alrededor de $ 50,000, [29] y con una construcción de fibra de carbono , pesa 1,3 kilogramos. En la temporada 2014, algunos equipos como Mercedes han optado por utilizar LCD más grandes en sus volantes que permiten al conductor ver información adicional como el flujo de combustible y la entrega de par. También son más personalizables debido a la posibilidad de utilizar mucho software diferente.
El combustible que se utiliza en los monoplazas de Fórmula 1 es bastante similar a la gasolina ordinaria (premium) , aunque con una mezcla mucho más controlada. El combustible de Fórmula 1 se incluiría en la categoría de combustible premium de carretera de alto octanaje, con umbrales de octanaje de entre 95 y 102. Desde la temporada de 1992 en adelante, todos los monoplazas de Fórmula 1 deben utilizar obligatoriamente gasolina de competición sin plomo.
Las mezclas de F1 están diseñadas para obtener el máximo rendimiento en determinadas condiciones climáticas o en diferentes circuitos. Durante el período en el que los equipos estaban limitados a un volumen específico de combustible durante una carrera, se utilizaban mezclas exóticas de combustible de alta densidad que, en realidad, eran más densas que el agua, ya que el contenido energético de un combustible depende de su densidad de masa.
Para asegurarse de que los equipos y los proveedores de combustible no están violando las regulaciones de combustible, la FIA exige a Elf, Shell, Mobil, Petronas y los demás equipos de combustible que envíen una muestra del combustible que están proporcionando para una carrera. En cualquier momento, los inspectores de la FIA pueden solicitar una muestra de la plataforma de abastecimiento de combustible para comparar la "huella digital" de lo que está en el auto durante la carrera con lo que se entregó. Los equipos generalmente cumplen con esta regla, pero en 1997, a Mika Häkkinen se le quitó el tercer puesto en Spa-Francorchamps en Bélgica después de que la FIA determinara que su combustible no era la fórmula correcta, así como en 1976, tanto los autos McLaren como Penske se vieron obligados a ir a la parte trasera del Gran Premio de Italia después de que se descubrió que el número de octanos de la mezcla era demasiado alto.
En la temporada 2009 se reintrodujeron los neumáticos lisos, que sustituyeron a los neumáticos ranurados utilizados entre 1998 y 2008 .
Los neumáticos traseros no pueden tener más de 405 mm de ancho, mientras que los delanteros han aumentado su anchura de 245 mm a 305 mm para la temporada 2017. A diferencia de los neumáticos de combustible, estos neumáticos solo se parecen superficialmente a los neumáticos de carretera normales. Mientras que un neumático de carretera tiene una vida útil de hasta 80.000 km, un neumático de Fórmula 1 ni siquiera dura toda la carrera (un poco más de 300 km), por lo general se cambian una o dos veces por carrera, dependiendo de la pista. Esto es el resultado de un esfuerzo por maximizar la capacidad de agarre a la carretera, lo que lleva al uso de compuestos muy blandos (para garantizar que la superficie del neumático se adapte lo más posible a la superficie de la carretera).
Desde el comienzo de la temporada 2007, la F1 ha tenido un único proveedor de neumáticos. De 2007 a 2010, fue Bridgestone, pero en 2011 se reintrodujo Pirelli en el deporte, tras la salida de Bridgestone. Existen siete compuestos de neumáticos de F1: 5 son compuestos para clima seco (etiquetados C1 a C5) mientras que 2 son compuestos para mojado (intermedios para superficies húmedas sin agua estancada y completamente mojados para superficies con agua estancada). Tres de los compuestos para clima seco (generalmente un compuesto más duro y otro más blando) se llevan a cada carrera, además de los dos compuestos para clima húmedo. Los neumáticos más duros son más duraderos pero dan menos agarre, y los neumáticos más blandos lo contrario. En 2009, los neumáticos lisos regresaron como parte de las revisiones de las reglas para la temporada 2009; los slicks no tienen ranuras y dan hasta un 18% más de contacto con la pista. En los años de Bridgestone, se pintó una banda verde en el flanco del compuesto más blando para permitir que los espectadores distinguieran qué neumático lleva un piloto. A partir de 2019, Pirelli descartó el sistema de nombres de neumáticos, de modo que los neumáticos se denotarán en cada Gran Premio de forma independiente como duros, medios y blandos con flancos blancos, amarillos y rojos respectivamente en lugar de tener un nombre y color separados para cada uno de los cinco neumáticos. El cambio se implementó para que los aficionados ocasionales pudieran comprender mejor el sistema de neumáticos. Generalmente, los tres compuestos secos que se llevan a la pista son de especificaciones consecutivas.
Los frenos de disco constan de un rotor y una pinza en cada rueda. Se utilizan rotores de compuesto de carbono (introducidos por el equipo Brabham en 1976 ) en lugar de acero o hierro fundido debido a sus propiedades superiores de fricción, térmicas y antideformación, así como a un importante ahorro de peso. Estos frenos están diseñados y fabricados para funcionar en temperaturas extremas, hasta 1.000 grados Celsius (1.800 °F). El conductor puede controlar la distribución de la fuerza de frenado hacia adelante y hacia atrás para compensar los cambios en las condiciones de la pista o la carga de combustible. Las regulaciones especifican que este control debe ser mecánico, no electrónico, por lo que normalmente se opera mediante una palanca dentro de la cabina en lugar de un control en el volante.
Un coche de Fórmula 1 medio puede desacelerar de 100 a 0 km/h en unos 15 metros, mientras que un BMW M3 de 2009 necesita 31 metros. Al frenar a velocidades más altas, la carga aerodinámica permite una enorme desaceleración: de 4,5 g a 5,0 g (44 a 49 m/s2 ) , y hasta 5,5 g (54 m/s2 ) en circuitos de alta velocidad como el Circuito Gilles Villeneuve (GP de Canadá) y el Autodromo Nazionale Monza (GP de Italia). Esto contrasta con los 1,0 g a 1,5 g (10 a 15 m/s2 ) de los coches deportivos (se dice que el Bugatti Veyron puede frenar a 1,3 g). Un coche de Fórmula 1 puede frenar desde 200 km/h (124 mph) hasta detenerse por completo en solo 2,9 segundos, utilizando solo 65 metros (213 pies). [30]
Actualmente Brembo junto con su marca hermana AP Racing y Hitco son los fabricantes de frenos de Fórmula Uno hasta la fecha.
Cada coche de F1 es capaz de ir de 0 a 160 km/h (0 a 99 mph) y volver a 0 en menos de cinco segundos.
Durante una demostración en el circuito de Silverstone en Gran Bretaña, un coche de Fórmula 1 McLaren-Mercedes conducido por David Coulthard dio a un par de coches de calle Mercedes-Benz una ventaja de setenta segundos y fue capaz de vencer a los coches en la línea de meta desde parado, una distancia de sólo 5,2 km (3,2 mi). [31]
Además de ser rápidos en línea recta, los monoplazas de Fórmula 1 tienen una mayor capacidad para tomar curvas. Los monoplazas de Gran Premio pueden tomar curvas a velocidades significativamente más altas que otros coches de carreras debido a sus niveles de agarre y carga aerodinámica. La velocidad en curvas es tan alta que los pilotos de Fórmula 1 tienen rutinas de entrenamiento de fuerza solo para los músculos del cuello. El ex piloto de Fórmula 1 Juan Pablo Montoya afirmó ser capaz de realizar 300 repeticiones de 23 kg (50 lb) con el cuello.
La combinación de peso ligero (642 kg en equipamiento de carrera para 2013), potencia (670–750 kW (900–1.000 bhp) con el V10 de 3,0 L, 582 kW (780 bhp) con el V8 de 2,4 L reglamentario para 2007, 710 kW (950 bhp) con el V6 turbo de 1,6 L de 2016), [32] aerodinámica y neumáticos de ultra alto rendimiento es lo que le da al monoplaza de F1 sus altas cifras de rendimiento. La consideración principal para los diseñadores de F1 es la aceleración , y no simplemente la velocidad máxima. Se pueden considerar tres tipos de aceleración para evaluar el rendimiento de un coche:
Las tres aceleraciones deben maximizarse. La forma de obtenerlas y sus valores son los siguientes:
Los monoplazas de Fórmula 1 de 2016 tienen una relación potencia-peso de 1.400 CV / t (1,05 kW / kg ; 1.270 CV / tonelada estadounidense ; 0,635 CV / lb ). En teoría, esto permitiría al coche alcanzar los 100 km/h (62 mph) en menos de 1 segundo. Sin embargo, la potencia no se puede convertir en movimiento a bajas velocidades debido a la pérdida de tracción y la cifra habitual es de 2,5 segundos para alcanzar los 100 km/h (62 mph). Después de unos 130 km/h (80 mph), la pérdida de tracción es mínima debido al efecto combinado del coche moviéndose más rápido y la carga aerodinámica, por lo que sigue acelerando el coche a un ritmo muy alto. Las cifras son (para el Mercedes W07 de 2016 ): [33] [34]
El valor de aceleración suele ser de 1,45 g (14,2 m/s 2 ) hasta 200 km/h (124 mph), lo que significa que el conductor es empujado por el asiento con una fuerza cuya aceleración es 1,45 veces la de la gravedad de la Tierra.
También existen sistemas de refuerzo, conocidos como sistemas de recuperación de energía cinética (KERS, por sus siglas en inglés). Estos dispositivos recuperan la energía cinética creada por el proceso de frenado del automóvil, la almacenan y la convierten en energía que se puede utilizar para impulsar la aceleración. El KERS suele añadir 80 CV (60 kW) y pesa 35 kg (77 lb). Existen principalmente dos tipos de sistemas: el eléctrico y el mecánico con volante de inercia. Los sistemas eléctricos utilizan un motor-generador incorporado en la transmisión del automóvil que convierte la energía mecánica en energía eléctrica y viceversa. Una vez que se ha aprovechado la energía, se almacena en una batería y se libera a voluntad. Los sistemas mecánicos capturan la energía de frenado y la utilizan para hacer girar un pequeño volante de inercia que puede girar a hasta 80.000 rpm. Cuando se necesita potencia adicional, el volante de inercia se conecta a las ruedas traseras del automóvil. A diferencia del KERS eléctrico, la energía mecánica no cambia de estado y, por lo tanto, es más eficiente. Existe otra opción disponible, el KERS hidráulico, en el que la energía de frenado se utiliza para acumular presión hidráulica que luego se envía a las ruedas cuando es necesario.
Los frenos de carbono en combinación con la tecnología de los neumáticos y la aerodinámica del coche producen fuerzas de frenado realmente notables. La fuerza de desaceleración al frenar suele ser de 4 g (39 m/s2 ) , y puede llegar a ser de 5-6 g [35] al frenar desde velocidades extremas, por ejemplo en el circuito Gilles Villeneuve o en Indianápolis. En 2007, Martin Brundle , un ex piloto de Grandes Premios, probó el monoplaza de Fórmula 1 Williams Toyota FW29 y afirmó que al frenar con fuerza sentía como si sus pulmones golpearan el interior de su caja torácica, lo que le obligaba a exhalar involuntariamente. En este caso, la resistencia aerodinámica realmente ayuda y puede contribuir hasta con 1,0 g de frenado, que es el equivalente a los frenos de la mayoría de los coches deportivos de carretera. En otras palabras, si se suelta el acelerador, el coche de F1 reducirá su velocidad bajo resistencia al mismo ritmo que la mayoría de los coches deportivos al frenar, al menos a velocidades superiores a 250 km/h (160 mph).
Hay tres empresas que fabrican frenos para la Fórmula 1: Hitco (con sede en EE. UU. y parte del grupo SGL Carbon), Brembo en Italia y Carbone Industrie de Francia. Mientras que Hitco fabrica su propio carbono/carbono, Brembo lo obtiene de Honeywell y Carbone Industrie compra el carbono a Messier Bugatti.
Carbono/carbono es el nombre abreviado de carbono reforzado con fibra de carbono. Esto significa que las fibras de carbono refuerzan una matriz de carbono, que se agrega a las fibras mediante deposición de matriz ( CVI o CVD ) o por pirólisis de un aglutinante de resina.
Los frenos de F1 tienen un diámetro de 278 mm (10,9 pulgadas) y un grosor máximo de 32 mm (1,3 pulgadas). Las pastillas de freno de carbono/carbono están accionadas por pinzas de 6 pistones opuestos proporcionadas por Akebono, AP Racing o Brembo . Las pinzas tienen un cuerpo de aleación de aluminio con pistones de titanio. La normativa limita el módulo del material de la pinza a 80 GPa para evitar que los equipos utilicen materiales exóticos de alta rigidez específica, por ejemplo, el berilio. Los pistones de titanio ahorran peso y también tienen una baja conductividad térmica, lo que reduce el flujo de calor hacia el líquido de frenos.
Las fuerzas aerodinámicas de un monoplaza de Fórmula 1 pueden producir hasta tres veces el peso del coche en carga aerodinámica. De hecho, a una velocidad de tan solo 130 km/h (81 mph), la carga aerodinámica es igual en magnitud al peso del coche. A bajas velocidades, el coche puede girar con 2,0 g. A 210 km/h (130 mph) la fuerza lateral ya es de 3,0 g, como lo demuestran las eses (curvas 3 y 4) del circuito de Suzuka. Las curvas más rápidas, como Blanchimont ( Circuito de Spa-Francorchamps ) y Copse ( Circuito de Silverstone ), se toman con más de 5,0 g, y se han registrado 6,0 g en la curva 130-R de Suzuka. [36] Esto contrasta con un máximo para autos de carretera de alto rendimiento como el Enzo Ferrari de 1,5 g o el Koenigsegg One:1 de más de 1,7 g para el Circuito de Spa-Francorchamps. [37]
Dado que la fuerza que crea la aceleración lateral es en gran medida la fricción, y la fricción es proporcional a la fuerza normal aplicada , la gran carga aerodinámica permite que un monoplaza de F1 tome las curvas a velocidades muy altas. Como ejemplo de las velocidades extremas en las curvas, las curvas Blanchimont y Eau Rouge en Spa-Francorchamps se toman a toda velocidad a más de 300 km/h (190 mph), mientras que los coches de turismo con especificaciones de carrera solo pueden hacerlo a 150-160 km/h (tenga en cuenta que la fuerza lateral aumenta con el cuadrado de la velocidad). Un ejemplo más reciente y quizás incluso más extremo es la curva 8 del circuito de Istanbul Park , una curva de 190° relativamente cerrada de 4 vértices, en la que los coches mantienen velocidades entre 265 y 285 km/h (165 y 177 mph) (en 2006) y experimentan entre 4,5 g y 5,5 g durante 7 segundos, la curva dura sostenida más larga de la Fórmula 1.
En la práctica, las velocidades máximas están limitadas por la recta más larga de la pista y por la necesidad de equilibrar la configuración aerodinámica del coche entre la alta velocidad en línea recta (baja resistencia aerodinámica) y la alta velocidad en curvas (alta carga aerodinámica) para lograr el tiempo de vuelta más rápido. [38] Durante la temporada 2006, las velocidades máximas de los coches de Fórmula 1 fueron un poco más de 300 km/h (185 mph) en pistas de alta carga aerodinámica como Albert Park, Australia y Sepang, Malasia. Estas velocidades se redujeron en unos 10 km/h (6 mph) con respecto a las velocidades de 2005, y en 15 km/h (9 mph) con respecto a las velocidades de 2004, debido a las recientes restricciones de rendimiento (ver a continuación). En circuitos de baja carga aerodinámica se registraron velocidades máximas mayores: en Gilles-Villeneuve (Canadá) 325 km/h (203 mph), en Indianápolis (EE. UU.) 335 km/h (210 mph) y en Monza (Italia) 360 km/h (225 mph). En las pruebas realizadas un mes antes del Gran Premio de Italia de 2005, Juan Pablo Montoya, del equipo McLaren-Mercedes F1, registró una velocidad máxima récord de 372,6 km/h (231,5 mph), [39] que fue reconocida oficialmente por la FIA como la velocidad más rápida jamás alcanzada por un monoplaza de F1, aunque no se estableció durante una sesión oficialmente sancionada durante un fin de semana de carreras. En el GP de Italia de 2005, Kimi Räikkönen de McLaren-Mercedes registró 370,1 km/h (229,9 mph). Este récord fue roto en el Gran Premio de México de 2016 por el piloto de Williams Valtteri Bottas, cuya velocidad máxima en condiciones de carrera fue de 372,54 km/h (231,48 mph). [40] [41] Sin embargo, a pesar de que esta información se mostró en los monitores oficiales de la FIA, la FIA aún no la ha aceptado como un récord oficial. Bottas había establecido previamente un récord de velocidad máxima aún más alto durante la clasificación para el Gran Premio de Europa de 2016 , registrando una velocidad de 378,035 km/h (234,9 mph), aunque mediante el uso de un rebufo. Esta velocidad máxima aún debe ser confirmada por cualquier método oficial, ya que actualmente la única fuente de esta información es la publicación de Twitter del equipo Williams, [42] mientras que los datos oficiales de la trampa de velocidad de la FIA midieron la velocidad de Bottas en 366,1 km/h en esa instancia. [43] Actualmente, la velocidad de Montoya de 372,6 km/h (231,5 mph) todavía se considera el récord oficial, aunque no se estableció durante una sesión sancionada.
Fuera de la pista, el equipo BAR Honda utilizó un coche BAR 007 modificado , que según ellos cumplía con la normativa de Fórmula Uno de la FIA, para establecer un récord de velocidad no oficial de 413 km/h (257 mph) en una recta de un solo sentido el 6 de noviembre de 2005 durante una prueba previa a su intento de récord en la Bonneville 400. El coche estaba optimizado para la velocidad máxima con la carga aerodinámica suficiente para evitar que se despegara del suelo. El coche, con la insignia de Honda tras la adquisición de BAR a finales de 2005, estableció un récord ratificado por la FIA de 400 km/h (249 mph) en una carrera de un solo sentido el 21 de julio de 2006 en Bonneville Speedway . [44] En esta ocasión el coche no cumplía totalmente con la normativa de Fórmula Uno de la FIA, ya que utilizaba un timón aerodinámico móvil para el control de estabilidad, infringiendo el artículo 3.15 del reglamento técnico de Fórmula Uno de 2006 que establece que cualquier parte específica del coche que influya en su rendimiento aerodinámico debe estar asegurada rígidamente. [45]
En un esfuerzo por reducir las velocidades y aumentar la seguridad de los conductores, la FIA ha introducido continuamente nuevas reglas para los constructores de F1 desde la década de 1980.
Estas reglas han incluido la prohibición de ideas como el "coche de ala" ( efecto suelo ) en 1983 (reintroducido en 2022 ); el turbocompresor en 1989 (se reintrodujeron en 2014 ); la suspensión activa y el ABS en 1994 ; los neumáticos lisos en 1998 (se reintrodujeron en 2009 ); alerones delanteros y traseros más pequeños y una reducción de la capacidad del motor de 3,5 a 3,0 litros en 1995 ; la reducción del ancho de los coches de más de 2 metros a alrededor de 1,8 metros en 1998 ; nuevamente una reducción en la capacidad del motor de 3,0 a 2,4 litros en 2006 ; control de lanzamiento y control de tracción en 1994 , y nuevamente en 2004 y 2008 , junto con el freno motor , después de que se reintrodujeran las ayudas electrónicas al conductor en 2001. Sin embargo, a pesar de estos cambios, los constructores continuaron extrayendo ganancias de rendimiento al aumentar la potencia y la eficiencia aerodinámica. Como resultado, la velocidad de la pole position en muchos circuitos en condiciones climáticas comparables cayó entre 1,5 y 3 segundos en 2004 con respecto a los tiempos del año anterior. Las restricciones aerodinámicas introducidas en 2005 estaban destinadas a reducir la carga aerodinámica en aproximadamente un 30%, sin embargo, la mayoría de los equipos pudieron reducir esto con éxito a una mera pérdida de carga aerodinámica del 5 al 10%. En 2006, la potencia del motor se redujo de 710 a 560 kW (950 a 750 bhp) al cambiar de los V10 de 3.0L, utilizados durante una década, a los V8 de 2.4L. Algunos de estos nuevos motores fueron capaces de alcanzar las 20.000 rpm durante 2006 , aunque para la temporada 2007 el desarrollo del motor se congeló y la FIA limitó todos los motores a 19.000 rpm para aumentar la fiabilidad y el control a velocidades crecientes del motor.
En 2008, la FIA reforzó aún más sus medidas de reducción de costes al establecer que las cajas de cambios debían durar cuatro fines de semana de Gran Premio, además de la regla de los motores para dos fines de semana de carrera. Además, todos los equipos debían utilizar una ECU estandarizada suministrada por MES ( McLaren Electronic Systems ) fabricada en colaboración con Microsoft. Estas ECU han impuesto restricciones al uso de ayudas electrónicas al conductor, como el control de tracción, el control de lanzamiento y el freno motor, y están etiquetadas para evitar modificaciones. El énfasis está puesto en reducir los costes, así como en volver a poner el foco en las habilidades del conductor, en lugar de en los denominados "artilugios electrónicos" que controlan principalmente los coches.
En la temporada 2009 se introdujeron cambios para aumentar la dependencia del agarre mecánico y crear oportunidades de adelantamiento, lo que dio como resultado el regreso a los neumáticos lisos, un alerón delantero más ancho y bajo con una sección central estandarizada, un alerón trasero más estrecho y alto, y el difusor desplazado hacia atrás y hecho más alto, pero menos eficiente a la hora de generar carga aerodinámica. El agarre aerodinámico general se redujo drásticamente con la prohibición de apéndices complejos como alerones, bargeboards y otros dispositivos aerodinámicos utilizados anteriormente para dirigir mejor el flujo de aire por encima y por debajo de los coches. La velocidad máxima del motor se redujo a 18.000 rpm para aumentar aún más la fiabilidad y cumplir con las exigencias de la vida útil del motor.
Debido a las crecientes presiones medioambientales de los grupos de presión y similares, muchos han puesto en tela de juicio la relevancia de la Fórmula 1 como fuerza innovadora de cara a los futuros avances tecnológicos (en particular los relacionados con los coches eficientes). Se ha pedido a la FIA que considere cómo puede persuadir al deporte para que adopte un camino más respetuoso con el medio ambiente. Por tanto, además de los cambios antes mencionados delineados para la temporada 2009, se invitó a los equipos a construir un dispositivo KERS, que abarque ciertos tipos de sistemas de frenado regenerativo que se instalarán en los coches a tiempo para la temporada 2009. El sistema pretende reducir la cantidad de energía cinética convertida en calor residual durante el frenado, convirtiéndola en una forma útil (como energía eléctrica o energía en un volante de inercia) para luego ser devuelta a través del motor para crear un refuerzo de potencia. Sin embargo, a diferencia de los sistemas de los coches de carretera que almacenan y liberan energía automáticamente, la energía sólo se libera cuando el conductor pulsa un botón y es útil durante un máximo de 6,5 segundos, lo que proporciona 60 kW (80 CV) y 400 kJ adicionales. Imita de manera efectiva el botón " pulsar para pasar " de las series IndyCar y A1GP . El KERS no se vio en el campeonato de 2010 ; si bien técnicamente no estaba prohibido, la FOTA acordó colectivamente no usarlo. Sin embargo, regresó para la temporada 2011 , con todos los equipos excepto HRT , Virgin y Lotus utilizando el dispositivo.
El reglamento para la temporada 2014 limita el caudal máximo de combustible que puede llegar al motor a 100 kg/h, lo que reduce la potencia máxima de 550 kW a unos 450 kW. Las reglas también duplican el límite de potencia del motor eléctrico a 120 kW, tanto para la aceleración como para la recuperación de energía, y aumentan la cantidad máxima de energía que puede utilizar el KERS a 4 MJ por vuelta, con una carga limitada a 2 MJ por vuelta. Se puede conectar una unidad de motor-generador eléctrico adicional al turbocompresor.
Reglamento deportivo, artículo 28.6.
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