Un automóvil de Fórmula Uno o automóvil de F1 es un automóvil de carreras de fórmula monoplaza, con cabina abierta y ruedas abiertas , con importantes aletas delanteras y traseras y un motor colocado detrás del conductor , destinado a ser utilizado en competencias en eventos de carreras de Fórmula Uno . Las regulaciones que rigen los autos son exclusivas del campeonato y especifican que los autos deben ser construidos por los propios equipos de carreras, aunque el diseño y la fabricación pueden subcontratarse. [1] Los conductores de Fórmula Uno experimentan frecuentes cargas g laterales superiores a cinco g [2] y fuerzas máximas en las curvas de hasta seis g laterales. [3]
Los coches de Fórmula Uno modernos se construyen a partir de compuestos de fibra de carbono y materiales ultraligeros similares. El peso mínimo permitido es 740 kg (1631 lb) [4] incluido el conductor pero sin combustible. Los coches se pesan con neumáticos para tiempo seco instalados. [5] Antes de la temporada 2014 de F1, los coches a menudo pesaban por debajo 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 lugar del automóvil 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 Uno , la Fédération Internationale de l'Automobile (FIA) introdujo una entonces nueva fórmula de motor, que exigía que los coches fueran propulsados por motores atmosféricos de 2,4 L en la configuración de motor V8 , con no más de cuatro válvulas por cilindro. . [6] También se han introducido restricciones técnicas adicionales, como la prohibición de trompetas de admisión variable, con la nueva fórmula V8 de 2,4 L para evitar que los equipos alcancen mayores RPM y caballos de fuerza demasiado rápido. La temporada 2009 limitó los motores a 18.000 rpm para mejorar la confiabilidad del motor y reducir costos. [6]
Durante una década, los coches de F1 habían funcionado con motores de aspiración natural de 3,0 L y todos los equipos se decidieron 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), [7] y que los autos alcanzaran velocidades máximas de 375 km/h (233 mph) (Jacques Villeneuve con Sauber-Ferrari) en el Monza. circuito. [8] 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 del motor, permitiéndose únicamente aleaciones de aluminio, titanio y hierro para los pistones, cilindros, bielas y cigüeñales. [6] La FIA ha aplicado continuamente restricciones de material y diseño para limitar la potencia. Incluso con las restricciones, los V10 en la temporada 2005 tenían fama de desarrollar 730 kW (980 hp), niveles de potencia no vistos desde antes de la prohibición de los motores turboalimentados en 1989. [7]
Los equipos menos financiados (el antiguo equipo Minardi gastó menos de 50 millones, mientras que Ferrari gastó cientos de millones de euros al año desarrollando su coche) tenían la opción de mantener el actual V10 una temporada más, pero con un limitador de revoluciones para seguir siendo competitivos. con los motores V8 más potentes. El único equipo que tomó esta opción fue el equipo Toro Rosso , que se reformó y reagrupó a Minardi.
En 2012, los motores consumieron alrededor de 450 litros (16 pies cúbicos) de aire por segundo (en el límite de revoluciones de 2012 de 18.000 rpm); [9] la tasa de consumo de combustible en carrera era normalmente de alrededor de 75 L/100 km (3,8 mpg -imp ; 3,1 mpg -US ). [9]
Todos los coches tienen el motor situado entre el conductor y el eje trasero. Los motores son un miembro estresado en la mayoría de los automóviles, lo que significa que el motor es parte del marco de soporte estructural, estando atornillado 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 de carrera completo. Para el campeonato de 2005, se les exigió que duraran 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 sólo tenía que durar para el funcionamiento del sábado y domingo. Esto fue para promover la carrera del viernes. En la temporada 2008, los motores debían durar dos fines de semana completos de carrera; El mismo reglamento que la temporada 2006. Sin embargo, para la temporada 2009, a los pilotos se les permitió utilizar 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 costes del motor también aumentó la importancia de la táctica, 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 coches de F1 han estado equipados con motores V6 de 1,6 L turboalimentados. Los turbocompresores estaban prohibidos desde 1989. Este cambio puede suponer una mejora de hasta un 29% en la eficiencia del combustible. [10] Una de las muchas razones por las que Mercedes dominó la temporada al principio se debió a la ubicación del compresor del turbocompresor en un lado del motor y la turbina en el otro; Luego, ambos estaban unidos por un eje que pasaba a través de la V del motor. La ventaja era que el aire no circulaba por tantas tuberías, lo que a su vez reducía el retraso del turbo y aumentaba la eficiencia del coche. Además, esto significaba que el aire que circulaba a través del compresor era mucho más frío, ya que estaba más alejado de la sección caliente de la turbina. [11]
Los autos de Fórmula Uno utilizan cajas de cambios secuenciales semiautomáticas altamente automatizadas con levas de cambio, y las regulaciones establecen que se deben usar 8 marchas adelante (en comparación con 7 a partir de la temporada 2014 ) [13] [14] y 1 marcha atrás, con la marcha atrás. transmisión de la rueda . [15] La caja de cambios está construida de carbono-titanio, ya que la disipación de calor es un tema crítico, y está atornillada a la parte trasera del motor. [16] Las cajas de cambios totalmente automáticas y los 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 como importantes en el control del automóvil y para garantizar que ningún equipo utilice estos sistemas. ilegalmente para obtener una ventaja competitiva, así como para mantener bajos los costos. [16] [17] [18] 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 arranca desde parado (es decir, estacionario, neutral) a primera marcha, donde el conductor opera el embrague manualmente usando una palanca montada en la parte posterior del volante. [19] El último coche de F1 equipado con una caja de cambios manual convencional , el Forti FG01 , corrió en 1995 . [20]
Un embrague de F1 moderno es un diseño de carbono multidisco con un diámetro de menos de 100 mm (3,9 pulgadas), [19] que pesa menos de 1 kg (2,2 lb) y maneja alrededor de 540 kW (720 hp). [7] A partir de la [update]temporada de carreras de 2009, todos los equipos están utilizando transmisiones de cambio continuo , que permiten cambios de marcha casi instantáneos con una pérdida mínima de conducción. Los tiempos de cambio de los coches de Fórmula Uno modernos son del orden de 2 a 3 ms . [21] Para mantener los costes bajos en la Fórmula Uno, las cajas de cambios deben durar cinco pruebas consecutivas y, desde 2015, las relaciones de las cajas de cambios serán fijas para cada temporada (para 2014 solo se podrán cambiar una vez). Cambiar una caja de cambios antes del tiempo permitido provocará una penalización de cinco puestos en la parrilla de salida para la primera vez que se utilice la nueva caja de cambios. [22]
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 automóvil hacia la pista y mejorar las fuerzas en las curvas, y minimizar la resistencia causada por la turbulencia y que actúa para reducir la velocidad del automóvil.
Varios equipos comenzaron a experimentar con las ahora familiares alas a finales de los años 1960. Las alas de los coches de carreras funcionan según el mismo principio que las alas de los aviones, pero están configuradas para provocar una fuerza hacia abajo en lugar de hacia arriba. Un coche de Fórmula Uno moderno es capaz de desarrollar 6 G de fuerza lateral en las curvas [23] debido a la carga aerodinámica. La carga aerodinámica que permite esto suele ser mayor que el peso del coche. Eso significa que, teóricamente, a altas velocidades, podrían circular sobre la superficie invertida de una estructura adecuada; por ejemplo en el techo .
El uso de la aerodinámica para aumentar el agarre de los coches fue iniciado en la Fórmula Uno en la temporada 1968 por Lotus , Ferrari y Brabham . Al principio, Lotus introdujo modestos alerones delanteros y un spoiler en el Lotus 49 B de Graham Hill en el Gran Premio de Mónaco de 1968 ; luego, Brabham y Ferrari fueron aún mejor en el Gran Premio de Bélgica de 1968 con alerones de ancho completo montados sobre puntales muy por encima del conductor.
Los primeros experimentos con alas móviles y soportes altos provocaron algunos accidentes espectaculares y, para la temporada de 1970, se introdujeron regulaciones para limitar el tamaño y la ubicación de las alas. Habiendo evolucionado con el tiempo, hoy en día todavía se utilizan reglas similares.
A finales de la década de 1960, Jim Hall de Chaparral introdujo por primera vez la carga aerodinámica del " efecto suelo " en las carreras de autos. A mediados de la década de 1970, los ingenieros de Lotus descubrieron que se podía hacer que todo el automóvil actuara como un ala gigante mediante la creación de una superficie aerodinámica en su parte inferior que haría que el aire que se movía en relación con el automóvil lo empujara hacia la carretera. Aplicando otra idea de Jim Hall de su deportivo de carreras Chaparral 2J, Gordon Murray diseñó el Brabham BT46B , que tenía un ventilador de radiador que también extraía aire del área del faldón debajo del auto, creando una enorme carga aerodinámica. Después de desafíos técnicos de otros equipos, fue retirado después de una sola carrera. Luego se produjeron cambios en las reglas para limitar los beneficios de los "efectos de suelo": primero, la prohibición de los faldones utilizados para contener el área de baja presión y, más tarde, la exigencia de un "suelo escalonado".
A pesar de los túneles de viento de tamaño completo y la enorme potencia informática utilizada por los departamentos aerodinámicos de la mayoría de los equipos, los principios fundamentales de la aerodinámica de la Fórmula Uno todavía se aplican: crear la máxima cantidad de carga aerodinámica con la mínima cantidad de resistencia. Las aletas principales montadas en la parte delantera y trasera están equipadas con diferentes perfiles dependiendo de los requisitos de carga aerodinámica de una pista en particular. Los circuitos lentos y estrechos como el de Mónaco requieren perfiles de ala muy agresivos: los coches llevan dos 'hojas' separadas de 'elementos' en los alerones traseros (dos es el máximo permitido). Por el contrario, en circuitos de alta velocidad como Monza, los coches pierden la mayor cantidad de ala posible, para reducir la resistencia y aumentar la velocidad en las rectas largas.
Cada superficie de un coche de Fórmula Uno moderno, desde la forma de los eslabones de la suspensión hasta la del casco del conductor, tiene en cuenta sus efectos aerodinámicos. El aire interrumpido, donde el flujo se "separa" de la carrocería, crea turbulencias que crean resistencia, lo que ralentiza el coche. Se ha invertido casi tanto esfuerzo en reducir la resistencia como en aumentar la carga aerodinámica, desde las placas finales verticales instaladas en las alas para evitar la formación de vórtices hasta las placas difusoras montadas en la parte baja de la parte trasera, lo que ayuda a reequilibrar la presión del aire que fluye más rápido que ha pasado por debajo del coche y, de lo contrario, crearía un "globo" de baja presión que se arrastraría por 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 grandes cantidades de calor producidas por el motor y los frenos.
En los últimos años, la mayoría de los equipos de Fórmula Uno han intentado emular el diseño de "cintura estrecha" de Ferrari, donde 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. Los "barcazas" instalados en los laterales de los coches también han ayudado a dar forma al flujo de aire y minimizar la cantidad de turbulencias.
Las regulaciones revisadas introducidas en 2005 obligaron a los especialistas en aerodinámica a ser aún más ingeniosos. En un intento por 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 de "cuerno" que se vieron por primera vez en el McLaren MP4-20 . La mayoría de esas innovaciones fueron efectivamente prohibidas bajo regulaciones aerodinámicas aún más estrictas impuestas por la FIA para 2009. Los cambios fueron diseñados para promover los adelantamientos al facilitar que un automóvil siga de cerca a otro. Las nuevas reglas llevaron a los autos 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". Quizás el cambio más interesante, sin embargo, fue la introducción de una "aerodinámica móvil", con la que el conductor podía realizar ajustes limitados en el alerón delantero desde la cabina durante la carrera.
El nuevo sistema de alerón trasero DRS (Drag Reduction System), introducido en 2011, usurpó el sistema anterior. Esto también permite a los conductores hacer ajustes, pero la disponibilidad del sistema se controla electrónicamente: originalmente se podía usar en cualquier momento en los entrenamientos y la clasificación (a menos que el piloto use neumáticos para lluvia), pero durante la carrera, solo se podía activar. cuando un conductor está a menos de un segundo de otro coche en puntos predeterminados de la pista. (A partir de 2013, DRS está disponible solo en los puntos predeterminados durante todas las sesiones). Luego, el sistema se desactiva una vez que el conductor frena. El sistema "detiene" el alerón trasero abriendo una aleta, que deja un espacio horizontal de 50 mm en el alerón, reduciendo así la resistencia y permitiendo velocidades máximas más altas. Sin embargo, esto también reduce la carga aerodinámica, por lo que normalmente se utiliza en tramos largos y rectos o en secciones que no requieren una gran carga aerodinámica.
El sistema se introdujo para promover más adelantamientos y, a menudo, es el motivo para adelantar en rectas o al final de rectas, donde se recomienda adelantar en las siguientes curvas. Sin embargo, la acogida del sistema DRS ha sido diferente entre conductores, aficionados y especialistas. El piloto que regresa a la Fórmula 1, Robert Kubica, ha sido citado diciendo que "no ha visto ningún movimiento de adelantamiento en la Fórmula 1 durante dos años", [ cita necesaria ] , sugiriendo que el DRS es una forma antinatural de adelantar a los autos en la pista, ya que en realidad no lo hace. Requiere habilidad del conductor para adelantar con éxito a un competidor, por lo que no sería un adelantamiento.
Los primeros diseños vinculaban las alas directamente a la suspensión, pero varios accidentes llevaron a reglas que establecían que las alas debían fijarse rígidamente al chasis. La aerodinámica de los coches 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 perfiles aerodinámicos delanteros y traseros , pero están mucho más desarrollados que los autos de carreras estadounidenses de ruedas abiertas, que dependen más del ajuste de la suspensión; por ejemplo, el morro se eleva por encima del centro del perfil aerodinámico delantero, permitiendo que todo su ancho proporcione carga aerodinámica. Los alerones delanteros y traseros están muy esculpidos y "afinados" extremadamente finos, junto con el resto de la carrocería, como las aletas giratorias debajo del morro, los bargeboards , los pontones, los bajos 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 coche de F1 produce mucha más carga aerodinámica que cualquier otra fórmula de monoplaza; Los Indycars, 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 a 81 mph), y a 190 km/h (118 mph) la relación es aproximadamente de 2:1. [24]
Los bargeboards, en particular, están diseñados, moldeados, configurados, ajustados y posicionados no para crear carga aerodinámica directamente, como ocurre con un ala convencional o un venturi debajo de la carrocería, sino para crear vórtices a partir del aire que se derrama en sus bordes. El uso de vórtices es una característica importante de las últimas generaciones de coches de F1. Dado que un vórtice es un fluido en rotación que crea una zona de baja presión en su centro, la creación de vórtices reduce la presión local general del aire. Dado que lo que se desea debajo del automóvil es baja presión, ya que permite que la presión atmosférica normal presione el automóvil 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 ]
Los coches de F1 para la temporada 2009 fueron muy cuestionados debido al diseño de los difusores traseros de los coches Williams, Toyota y Brawn GP pilotados por 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 tales difusores fue declarado legal. El jefe de Brawn GP, Ross Brawn, afirmó que el diseño del doble difusor es "un enfoque innovador de una idea existente". Posteriormente fueron prohibidos para la temporada 2011. Otra polémica de las temporadas 2010 y 2011 fue el alerón delantero de los monoplazas Red Bull. Varios equipos protestaron alegando que el ala infringía las normas. Las imágenes de las secciones de circuitos de alta velocidad mostraron que el alerón delantero del Red Bull se doblaba en el exterior creando posteriormente una mayor carga aerodinámica. Se llevaron a cabo pruebas en el alerón delantero del Red Bull y la FIA no pudo encontrar forma de que el alerón estuviera infringiendo alguna regulación.
Desde el inicio de la temporada 2011, los coches pueden circular con un alerón trasero ajustable, más conocido como DRS (sistema de reducción de resistencia), un sistema para combatir el problema de las turbulencias del aire al adelantar. En las rectas de una pista, los conductores pueden desplegar el DRS, que abre el alerón trasero, reduce la resistencia del coche y le permite moverse más rápido. Tan pronto como el conductor toca el freno, el alerón trasero se vuelve a cerrar. En los entrenamientos libres y en la clasificación, un piloto puede utilizarlo cuando lo desee, pero en carrera, sólo podrá utilizarlo si el piloto está 1 segundo, o menos, detrás de otro piloto en la zona de detección de DRS en la pista, en momento en el que se puede activar en la zona de activación hasta que el conductor frene.
La caja nasal o, más comúnmente, los conos nasales tienen tres propósitos principales:
Las cajas de nariz son estructuras huecas hechas de fibras de carbono. 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 de 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 publicidad y, a su vez, brinda oportunidades de ingresos publicitarios adicionales.
Las regulaciones de la F1 limitan en gran medida el uso de la aerodinámica de efecto suelo , que es un medio altamente eficiente para crear carga aerodinámica con una pequeña penalización de resistencia. La parte inferior del vehículo, la parte inferior, debe estar plana entre los ejes. Una tabla de madera de 10 mm (a partir de 2008) de espesor, o bloque deslizante , [25] corre por el centro del automóvil para evitar que los autos bajen lo suficiente como para entrar en contacto con la superficie de la pista; Este patín se mide antes y después de una carrera. Si la tabla tiene un espesor inferior a 9 mm después de la carrera, el coche será descalificado. El cambio de reglas de 2022 permitió a los equipos utilizar túneles venturi para crear mucho más efecto de suelo que el permitido en temporadas anteriores. Este cambio, junto con una gran simplificación de la aerodinámica sobre la carrocería, se realizó con la intención de crear carreras más reñidas al reducir los vórtices creados por las complejas alas. [26]
A substantial amount of downforce is provided by using a rear diffuser which rises from the undertray at the rear axle to the actual rear of the bodywork. F1 regulations heavily limited the use of ground effect until the 2022 rule change, which are a highly efficient means of creating downforce with a small drag penalty. Until 2022, the underside of the vehicle, the undertray, had to be flat between the axles.[27] The limited size of the wings (requiring use at high angles of attack to create sufficient downforce), and vortices created by open wheels lead to a high aerodynamic drag coefficient (about 1 according to Minardi's technical director Gabriele Tredozi;[28] compared with the average modern car, which has a Cd value between 0.25 and 0.35), so that, despite the enormous power output of the engines, the top speed of these cars is less than that of World War II vintage Mercedes-Benz and Auto Union Silver Arrows racers. However, this drag is more than compensated for by the ability to corner at extremely high speed. The aerodynamics are adjusted for each track; with a low drag configuration for tracks where high speed is more important like Autodromo Nazionale Monza, and a high traction configuration for tracks where cornering is more important, like the Circuit de Monaco.
With the 2009 regulations, the FIA rid F1 cars of small winglets and other parts of the car (minus the front and rear wing) used to manipulate the airflow of the car in order to decrease drag and increase downforce. Currently, the front wing is shaped specifically to push air towards all the winglets and bargeboards so that the airflow is smooth. Should these be removed, various parts of the car will cause great drag when the front wing is unable to shape the air past the body of the car. The regulations which came into effect in 2009 have reduced the width of the rear wing by 25 cm, and standardised the centre section of the front wing to prevent teams from developing the front wing. The cars underwent major changes in 2017, allowing wider front and rear wings, and wider tyres.[29]
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Durante gran parte de la era turbohíbrida, los conductores han observado que seguir de cerca a otros coches, especialmente cuando se intenta adelantar, se ha vuelto considerablemente más difícil debido a las grandes cantidades de turbulencia o "aire sucio" del coche líder que reducen el rendimiento aerodinámico de el siguiente auto. Así, de cara a la temporada 2022 , la FIA realizó cambios técnicos en las características aerodinámicas de los coches para reducir la cantidad de este 'aire sucio' y permitir adelantamientos más fáciles. El alerón delantero, los soportes laterales y el alerón trasero han sido rediseñados para redirigir la turbulencia aerodinámica hacia arriba, y se adoptaron neumáticos más grandes con rines de 18 pulgadas en un esfuerzo por limitar los molestos vórtices generados por su rotación. [30]
El conductor tiene la posibilidad de ajustar muchos elementos del coche de carreras desde el interior de la máquina utilizando el volante. La rueda se puede utilizar para cambiar de marcha, aplicar revoluciones. limitador, ajustar la mezcla de aire/combustible, cambiar el balance de frenos, controlar el diferencial, la unidad de potencia, el freno motor y llamar a la radio. 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 buje de rueda también incorporará levas de cambio y una fila de luces de cambio LED . La rueda por sí sola puede costar alrededor de 50.000 dólares [31] y, con su construcción de fibra de carbono , pesa 1,3 kilogramos. En la temporada 2014, ciertos equipos como Mercedes han optado por utilizar pantallas LCD más grandes en sus ruedas 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 software muy diferente.
El combustible utilizado en los coches de F1 es bastante similar al de la gasolina normal (premium) , aunque con una mezcla mucho más controlada. El combustible de Fórmula Uno entraría dentro de la categoría de combustible de carretera premium de alto octanaje con umbrales de octanaje de 95 a 102. Desde la temporada de 1992 en adelante, todos los coches de Fórmula Uno deben utilizar obligatoriamente gasolina de carrera sin plomo.
Las mezclas de F1 están ajustadas para lograr el máximo rendimiento en determinadas condiciones climáticas o en diferentes circuitos. Durante la época en que los equipos estaban limitados a un volumen específico de combustible durante una carrera, se utilizaban mezclas exóticas de combustibles de alta densidad que en realidad eran más densas que el agua, ya que el contenido energético de un combustible depende de su densidad másica.
Para asegurarse de que los equipos y proveedores de combustible no violen las regulaciones de combustible, la FIA exige que Elf, Shell, Mobil, Petronas y los demás equipos de combustible presenten una muestra del combustible que suministran 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 había en el coche durante la carrera con lo que se envió. Los equipos suelen respetar esta regla, pero en 1997, Mika Häkkinen fue despojado de su tercer puesto en Spa-Francorchamps, en Bélgica, después de que la FIA determinara que su combustible no era la fórmula correcta, y en 1976, tanto McLaren como Los coches de Penske se vieron obligados a retroceder en el Gran Premio de Italia después de que se descubrió que el octanaje de la mezcla era demasiado alto.
La temporada 2009 vio la reintroducción de neumáticos lisos que reemplazaron a los neumáticos ranurados utilizados de 1998 a 2008 .
Los neumáticos no pueden tener más de 405 mm (15,9 pulgadas) de ancho en la parte trasera, el ancho de los neumáticos delanteros se amplió de 245 mm a 305 mm para la temporada 2017. A diferencia del combustible, los neumáticos sólo se parecen superficialmente a un neumático de carretera normal. Mientras que un neumático de coche de carretera tiene una vida útil de hasta 80.000 km (50.000 mi), un neumático de Fórmula Uno ni siquiera dura toda la distancia de carrera (un poco más de 300 km (190 mi)); Suelen cambiarse una o dos veces por carrera, según la pista. Este es el resultado de un esfuerzo por maximizar la capacidad de adherencia a la carretera, lo que lleva al uso de compuestos muy blandos (para garantizar que la superficie del neumático se ajuste lo más posible a la superficie de la carretera).
Desde el inicio de la temporada 2007, la F1 tiene un único proveedor de neumáticos. De 2007 a 2010, fue Bridgestone, pero en 2011 se produjo la reintroducción de Pirelli en el deporte, tras la salida de Bridgestone. Existen siete compuestos de neumáticos de F1; 5 son compuestos para clima seco (etiquetados del C1 al C5), mientras que 2 son compuestos húmedos (intermedios para superficies húmedas sin agua estancada y totalmente húmedos para superficies con agua estancada). En cada carrera se llevan tres de los compuestos para clima seco (generalmente un compuesto más duro y uno más blando), además de ambos compuestos para clima húmedo. Los neumáticos más duros son más duraderos pero dan menos agarre, y los neumáticos más blandos todo 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 la época de Bridgestone, se pintaba una banda verde en el flanco del compuesto más blando para permitir a los espectadores distinguir qué neumático llevaba el conductor. A partir de 2019, Pirelli eliminó el sistema de denominación de neumáticos, de modo que en cada Gran Premio los neumáticos se designarán de forma independiente como duros, medios y blandos con paredes laterales blancas, amarillas y rojas respectivamente, en lugar de tener un nombre y color separados para cada uno de los cinco neumáticos. El cambio se implementó para que los fanáticos ocasionales pudieran comprender mejor el sistema de neumáticos. Generalmente, los tres compuestos secos que se llevan a la pista tienen especificaciones consecutivas.
Los frenos de disco constan de un rotor y una pinza en cada rueda. Los rotores compuestos de carbono (introducidos por el equipo de Brabham en 1976 ) se utilizan en lugar de acero o hierro fundido debido a sus propiedades friccionales, térmicas y antideformación superiores, así como a un importante ahorro de peso. Estos frenos están diseñados y fabricados para funcionar en temperaturas extremas, hasta 1000 grados Celsius (1800 °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 F1 medio puede desacelerar de 100 a 0 km/h (62 a 0 mph) en unos 15 metros (48 pies), en comparación con un BMW M3 de 2009, que necesita 31 metros (102 pies). 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/s 2 ) y hasta 5,5 g (54 m/s 2 ) en los circuitos de alta velocidad como el Circuit Gilles Villeneuve (GP de Canadá) y el Autodromo Nazionale Monza (GP de Italia). Esto contrasta con los 1,0 ga 1,5 g (10 a 15 m/s 2 ) de los coches deportivos (se afirma que el Bugatti Veyron puede frenar a 1,3 g). Un coche de F1 puede frenar desde 200 km/h (124 mph) hasta detenerse por completo en sólo 2,9 segundos, utilizando sólo 65 metros (213 pies). [32]
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 pasar 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 F1 McLaren-Mercedes conducido por David Coulthard dio a un par de coches de calle Mercedes-Benz una ventaja de setenta segundos y pudo adelantar a los coches hasta la línea de meta desde parado. inicio, una distancia de sólo 5,2 km (3,2 millas). [33]
Además de ser rápidos en línea recta, los coches de F1 tienen una mayor capacidad para tomar curvas. Los coches 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 las curvas es tan alta que los pilotos de Fórmula Uno tienen rutinas de entrenamiento de fuerza solo para los músculos del cuello. El ex piloto de F1 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 versión de carrera para 2013), potencia (670–750 kW (900–1000 bhp) con el motor V10 de 3.0 L, 582 kW (780 bhp) con el motor V8 de 2.4 L reglamentado en 2007, 710 kW. (950 bhp) con 1.6 L V6 turbo de 2016), [34] aerodinámica y neumáticos de ultra alto rendimiento es lo que le da al auto de F1 sus altas cifras de rendimiento. La principal consideración 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 en que se obtienen estas tres aceleraciones y sus valores son:
Los coches de F1 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 aproximadamente 130 km/h (80 mph), la pérdida de tracción es mínima debido al efecto combinado de que el automóvil se mueve más rápido y la carga aerodinámica, por lo que continúa acelerando el automóvil a un ritmo muy alto. Las cifras son (para el Mercedes W07 2016 ): [35] [36]
La 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 terrestre.
También existen sistemas de impulso conocidos como sistemas de recuperación de energía cinética (KERS). Estos dispositivos recuperan la energía cinética creada por el proceso de frenado del coche. Almacenan esa energía y la convierten en energía que puede utilizarse para impulsar la aceleración. El KERS normalmente añade 80 hp (60 kW) y pesa 35 kg (77 lb). Existen principalmente dos tipos de sistemas: volante eléctrico y mecánico. 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 aprovechada 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 que puede girar hasta 80.000 rpm. Cuando se requiere potencia adicional, el volante se conecta a las ruedas traseras del automóvil. A diferencia del KERS eléctrico, la energía mecánica no cambia de estado y, por tanto, es más eficiente. Hay otra opción disponible, el KERS hidráulico, donde 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/s 2 ) y puede llegar a 5-6 g [37] al frenar a velocidades extremas, por ejemplo en el circuito de Gilles Villeneuve o en Indianápolis. En 2007, Martin Brundle , expiloto de Grandes Premios, probó el monoplaza de Fórmula 1 Williams Toyota FW29 y afirmó que al frenar bruscamente sentía como si sus pulmones golpearan el interior de su caja torácica, obligándole a exhalar involuntariamente. Aquí la resistencia aerodinámica realmente ayuda y puede aportar hasta 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 la velocidad al frenar al mismo ritmo que lo hacen 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 Uno. Se trata de Hitco (con sede en EE. UU., parte del grupo SGL Carbon), Brembo en Italia y Carbone Industrie de Francia. Mientras que Hitco fabrica su propio carbono/carbono, Brembo obtiene el suyo de Honeywell y Carbone Industrie compra su carbono de Messier Bugatti.
Carbono/carbono es un nombre corto para carbono reforzado con fibra de carbono. Esto significa que las fibras de carbono fortalecen una matriz de carbono, que se agrega a las fibras mediante deposición de matriz ( CVI o CVD ) o mediante pirólisis de un aglutinante de resina.
Los frenos de F1 tienen 278 mm (10,9 pulgadas) de diámetro y un máximo de 32 mm (1,3 pulgadas) de espesor. Las pastillas de freno carbono/carbono son accionadas por pinzas opuestas de 6 pistones proporcionadas por Akebono, AP Racing o Brembo . Las pinzas tienen cuerpo de aleación de aluminio y pistones de titanio. La normativa limita el módulo del material de la pinza a 80 GPa para evitar que los equipos utilicen materiales exóticos y de alta rigidez específica, como 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 coche de Fórmula 1 pueden producir hasta tres veces el peso del coche en carga aerodinámica. De hecho, a una velocidad de sólo 130 km/h (81 mph), la carga aerodinámica es igual en magnitud al peso del coche. A bajas velocidades, el automóvil puede girar a 2,0 g. A 210 km/h (130 mph) la fuerza lateral ya es de 3,0 g, como lo demuestran las curvas 3 y 4 del circuito de Suzuka. Las curvas de mayor velocidad como Blanchimont ( Circuito de Spa-Francorchamps ) y Copse ( Circuito de Silverstone ) se toman con velocidades superiores a 5,0 g, y se registraron 6,0 g en la curva 130-R de Suzuka. [38] Esto contrasta con un máximo para coches de carretera de alto rendimiento como Enzo Ferrari de 1,5 g o Koenigsegg One:1 de más de 1,7 g para el Circuito de Spa-Francorchamps. [39]
Dado que la fuerza que crea la aceleración lateral es en gran medida fricción, y la fricción es proporcional a la fuerza normal aplicada , la gran carga aerodinámica permite que un auto de F1 tome 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 turismos con especificaciones de carrera sólo pueden hacerlo a 150-160. km/h (tenga en cuenta que la fuerza lateral aumenta con el cuadrado de la velocidad). Un ejemplo más nuevo y quizás incluso más extremo es la curva 8 en el circuito de Estambul Park , una curva de 4 vértices relativamente cerrada de 190°, en la que los coches mantienen velocidades entre 265 y 285 km/h (165 y 177 mph) (en 2006 ) y experimenta entre 4,5 gy 5,5 g durante 7 segundos: la curva cerrada más larga y sostenida en 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 automóvil entre una alta velocidad en línea recta (baja resistencia aerodinámica) y una alta velocidad en las curvas (alta carga aerodinámica) para lograr el tiempo de vuelta más rápido. [40] 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 15 km/h (9 mph) con respecto a las velocidades de 2004, debido a las recientes restricciones de rendimiento (ver más abajo). En circuitos de baja carga aerodinámica se registraron mayores velocidades máximas: 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. 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), [41] que fue reconocida oficialmente por la FIA como la más rápida. velocidad jamás alcanzada por un coche de F1, a pesar de que no se estableció durante una sesión oficialmente autorizada durante un fin de semana de carrera. En el GP de Italia de 2005, Kimi Räikkönen de McLaren-Mercedes registró una velocidad de 370,1 km/h (229,9 mph). Este récord lo batió en el Gran Premio de México de 2016 el piloto de Williams Valtteri Bottas, cuya velocidad máxima en condiciones de carrera fue de 372,54 km/h (231,48 mph). [42] [43] Sin embargo, a pesar de que esta información se mostró en los monitores oficiales de la FIA, la FIA aún debe aceptarla como un registro oficial. Bottas había establecido previamente un récord de velocidad máxima aún mayor 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 drafting a rebufo. Esta velocidad máxima aún no ha sido confirmada por ningún método oficial ya que actualmente la única fuente de esta información es la publicación de Twitter del equipo Williams, [44] mientras que los datos oficiales de la trampa de velocidad de la FIA midieron la velocidad de Bottas en 366,1 km/h en ese caso. [45] Por el momento, 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 autorizada.
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 carrera en línea recta de un solo sentido. 6 de noviembre de 2005 durante un shakedown antes de su intento de récord de Bonneville 400 . El coche fue optimizado para la velocidad máxima con sólo la suficiente carga aerodinámica para evitar que se despegue del suelo. El coche, con la insignia 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 ida el 21 de julio de 2006 en Bonneville Speedway . [46] En esta ocasión, el coche no cumplía plenamente con las normas 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 aerodinámica el rendimiento debe asegurarse rígidamente. [47]
En un esfuerzo por reducir la velocidad 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 normas han incluido la prohibición de ideas como el "wing car" ( efecto suelo ) en 1983 (reintroducido en 2022 ); el turbocompresor en 1989 (se reintrodujeron en 2014 ); suspensión activa y ABS en 1994 ; neumáticos lisos en 1998 (se reintrodujeron en 2009 ); aletas delanteras y traseras más pequeñas y una reducción de la cilindrada del motor de 3,5 a 3,0 litros en 1995 ; reducir la anchura de los coches de más de 2 metros a aproximadamente 1,8 metros en 1998 ; nuevamente una reducción de la cilindrada 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 obteniendo ganancias de rendimiento aumentando 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 lograron reducir esta pérdida a tan solo entre un 5 y un 10% de pérdida de carga aerodinámica. En 2006, la potencia del motor se redujo de 710 a 560 kW (950 a 750 bhp) al pasar de los V10 de 3,0 L, utilizados durante una década, a los V8 de 2,4 L. Algunos de estos nuevos motores fueron capaces de alcanzar 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 confiabilidad y el control al aumentar las velocidades del motor.
En 2008, la FIA reforzó aún más sus medidas de reducción de costes al establecer que las cajas de cambios durarán 4 fines de semana de Gran Premio, además de la regla de los motores de 2 fines de semana de carrera. Además, todos los equipos debían utilizar una ECU estandarizada suministrada por MES ( McLaren Electronic Systems ) fabricada en conjunto con Microsoft. Estas ECU han impuesto restricciones al uso de ayudas electrónicas al conductor, como control de tracción, control de lanzamiento y freno motor, y están etiquetadas para evitar modificaciones. Se hace hincapié en reducir costes y en volver a centrarse en las habilidades del conductor, en contraposición a los llamados "artilugios electrónicos" que controlan principalmente los coches.
Se realizaron cambios para la temporada 2009 para aumentar la dependencia del agarre mecánico y crear oportunidades de adelantamiento, lo que resultó en el regreso a neumáticos lisos, un alerón delantero más ancho y más bajo con una sección central estandarizada, un alerón trasero más estrecho y alto y el desplazamiento del difusor. hacia atrás y se hizo más alto pero menos eficiente en la producción de carga aerodinámica. El agarre aerodinámico general se redujo drásticamente con la prohibición de apéndices complejos como aletas, 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 confiabilidad y ajustarse a la demanda de vida útil del motor.
Debido a las crecientes presiones medioambientales por parte de grupos de presión y similares, muchos han puesto en duda la relevancia de la Fórmula 1 como fuerza innovadora hacia futuros avances tecnológicos (particularmente aquellos relacionados con los coches eficientes). Se ha pedido a la FIA que considere cómo puede persuadir al deporte a avanzar por un camino más respetuoso con el medio ambiente. Por lo tanto, además de los cambios anteriores descritos para la temporada 2009, se invitó a los equipos a construir un dispositivo KERS, que abarcara ciertos tipos de sistemas de frenado regenerativo que se instalarían en los coches a tiempo para la temporada 2009. El sistema tiene como objetivo reducir la cantidad de energía cinética convertida en calor residual al frenar, convirtiéndola en una forma útil (como energía eléctrica o energía en un volante) para luego retroalimentarla a través del motor para crear un aumento de potencia. Sin embargo, a diferencia de los sistemas de los vehículos de carretera que almacenan y liberan energía automáticamente, la energía sólo se libera cuando el conductor presiona un botón y es útil durante hasta 6,5 segundos, lo que genera 60 kW (80 hp) y 400 kJ adicionales. Imita efectivamente el botón ' presionar para pasar ' de las series IndyCar y A1GP . El KERS no se vio en el campeonato de 2010 ; aunque técnicamente no estaba prohibido, la FOTA acordó colectivamente no usarlo. Sin embargo, regresó para la temporada 2011 , y todos los equipos excepto HRT , Virgin y Lotus utilizaron el dispositivo.
Las regulaciones para la temporada 2014 limitan el flujo másico de combustible máximo al motor a 100 kg/h, lo que redujo la potencia máxima de 550 kW a aproximadamente 450 kW. Las reglas también duplican el límite de potencia del motor eléctrico a 120 kW tanto para aceleración como para recuperación de energía, y aumentan la cantidad máxima de energía que el KERS puede usar a 4 MJ por vuelta, con la carga limitada a 2 MJ por vuelta. Al turbocompresor se le puede conectar una unidad adicional de motor-generador eléctrico.
Reglamento deportivo, artículo 28.6
