diseño y optimización de coches de competición - Tecnica F1
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Revista de Técnica de Competición Automovilística www.racecartechnology.com 8 DISEÑO Y OPTIMIZACIÓN DE COCHES DE COMPETICIÓN
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Revista <strong>de</strong> Técnica <strong>de</strong> Competición Automovilística www.racecartechnology.com<br />
8<br />
DISEÑO Y OPTIMIZACIÓN DE<br />
COCHES DE COMPETICIÓN
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Timoteo Briet Blanes. info@tecnicaf1.es<br />
Diseño:<br />
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Edición:<br />
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Redacción Administración:<br />
C/ San Bartolomé 19 C.P. 12190 Borriol (Castellón)<br />
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ÍNDICE<br />
VÓRTICES DE KARMAN<br />
ENSAYO POST RIG: FRECUENCIA DE TEST<br />
DINÁMICA DE LA FRENADA<br />
ÁNGULO DE AVANCE<br />
TRAZADAS DE UNA CURVA—OPTIMIZACIÓN<br />
ALERON FRONTAL FERRARI 2009—CFD<br />
REDUCCIÓN RESISTENCIA AERO—REDUCCIÓN CONSU-<br />
MO DE COMBUSTIBLE—RELLENO DE POPA<br />
VARIACIÓN DE LA TEMPERATURA DE LOS NEUMÁTICOS
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SERVICIOS<br />
-AERODINÁMICA.<br />
-CFD ANÁLISIS.<br />
-PASO A FORMATO CAD—SCAN 3D.<br />
-ANÁLISIS POST—RIG. ELECCIÓN DEL MEJOR SETUP Y CLASIFICACIÓN POR IDONEIDAD DE OTROS.<br />
-LAP TIME , SIMULADOR DE TIEMPOS POR VUELTA, EN CUALQUIER CIRCUITO Y COCHE.<br />
-ANÁLISIS CINEMÁTICO Y DINÁMICO DE SUSPENSIONES.<br />
-ANÁLISIS DE DATOS.<br />
-GENERACIÓN DE CAD.<br />
-DISEÑO DE CHASIS.<br />
-DISEÑO INTEGRAL DE COCHES DEPORTIVOS.<br />
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VÓRTICES DE KARMAN<br />
Todos hemos visto las turbulencias que se forman en la popa <strong>de</strong> un vehículo cualquiera; estudiarlas, es muy complicado por cuanto<br />
incluso no se sabe bien cómo se forman; <strong>de</strong> ahí la importancioa <strong>de</strong>l CFD, que es capaz <strong>de</strong> simularlas y estudiarlas.<br />
De todas formas, existe una turbulencia muy pecular, llamada <strong>de</strong> Karman, la cual, es geométricamente muy bella y repeti-tiva en numerosos<br />
contextos <strong>de</strong> la naturaleza y en diferentes escalas; veamos cómo cuantificarla y veamos cual es su geometría.<br />
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Las Turbulencias pue<strong>de</strong>n ser periódicas o no; en cualquier caso, existe mucha similitud “geométrica” entre las turbulencias causadas<br />
en diferentes contextos y escala (ver fotos); <strong>de</strong> esta forma, existen diversas teorías para explicarlas y sobre todos cuantificarlas. Los<br />
vórtices <strong>de</strong> Karman son turbulencias repetitivas y bien <strong>de</strong>finidas. También son aprovechables para fabricar anemómetros.<br />
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Apreciamos estas turbulencias, en diferentes contextos (estela <strong>de</strong> un avión, nubes a su paso por un volcán, etc....).<br />
Hay que tener en cuenta que estas turbulencias se forman a partir <strong>de</strong> una velocidad:<br />
Esta es la relación geométrica más importante que <strong>de</strong>fine los vórtices <strong>de</strong> karman.<br />
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ENSAYO POST RIG: FRECUENCIA DE TEST<br />
En los últimos meses, y gracias a la presentación <strong>de</strong>l POST RIG DE 7 POSTES, que Nacho Suárez ha realizado para tecnicaf1.es y que<br />
formará parte <strong>de</strong> su infraestructura <strong>de</strong> investigación, hemos recibido numerosas dudas al respecto.<br />
Esencialmente y resumiendo, un ensayo post rig afina el damper; bien es verdad que po<strong>de</strong>mos afinar y <strong>de</strong>terminar un setup global y completo.<br />
Por otro lado, es posible ensayar mediante el post rig, un circuito <strong>de</strong>terminado y concreto, suministrando un input a los cilindros, correspondiente<br />
al perfil <strong>de</strong>l asfalto; <strong>de</strong> hecho, nosotros lo hacemos, pero es necesario conocer dicho perfil, y ello, no es fácil; quizás se pueda,<br />
y <strong>de</strong> hecho se pue<strong>de</strong>, conocerlo comparando las elongaciones <strong>de</strong> los amortiguadores y la <strong>de</strong>formación <strong>de</strong> los neumáticos.<br />
De cualquier forma, en un ensayo post rig, se realizan los 2 ensayos siguientes:<br />
1. se ensaya el coche mediante un input "escalón"; ello proporciona mucha información; nuestro post rig vital, también lo hace. A parte<br />
<strong>de</strong> este ensayo heave, es posible, y también lo hacemos, realizar otros ensayos como en roll.<br />
2. el otro tipo <strong>de</strong> ensayos es suministrar un input que recorra todas las frecuencias a diferentes amplitu<strong>de</strong>s, para observar la respuesta <strong>de</strong>l<br />
setup a cada frecuencia; es muy habitual realizar este ensayo. Lógicamente, a mayor frecuencia, menor amplitud o energía:<br />
Como siempre, una conjunción óptima entre ambos ensayos, es lo i<strong>de</strong>al.<br />
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Frenada:<br />
DINÁMICA DE LA FRENADA<br />
El pilotaje requiere unas fuertes reducciones <strong>de</strong> velocidad antes <strong>de</strong> afrontar los pasos por curvas y eso exige frenadas, incluso violentas,<br />
a fin <strong>de</strong> acomodar la velocidad a<strong>de</strong>cuada. En la práctica, las frenadas se realizan siempre en las mismas zonas <strong>de</strong>l circuito que son<br />
las que prece<strong>de</strong>n a las curvas. Existe, pues, una zona <strong>de</strong> frenada para cada curva <strong>de</strong>l circuito que será más o menos extensa <strong>de</strong>pendiendo<br />
<strong>de</strong>l tipo <strong>de</strong> curva y <strong>de</strong> la reducción <strong>de</strong> velocidad que se necesita para recorrerla.<br />
Referencias<br />
A medida que el piloto va conociendo el circuito y la cantidad <strong>de</strong> freno a aplicar, va estableciendo sus puntos <strong>de</strong> frenada, normalmente<br />
al bor<strong>de</strong> <strong>de</strong> la pista opuesto al vértice <strong>de</strong> la curva, para po<strong>de</strong>r realizar la trazada precisa. Si se circula por el lado contrario <strong>de</strong> la pista<br />
<strong>de</strong>berá efectuar una suave curva <strong>de</strong> empalme a fin <strong>de</strong> colocarse en el punto correcto. Para po<strong>de</strong>r recordar el punto exacto <strong>de</strong> frenada<br />
tomará una serie <strong>de</strong> puntos <strong>de</strong> referencia que consisten en cualquier señal - una mata al bor<strong>de</strong>, una marca en la pista, un letrero, etc. -<br />
que le pueda señalar dón<strong>de</strong> comenzar a frenar antes <strong>de</strong> tomar cada curva. Ello le permite realizar siempre el mismo tipo <strong>de</strong> frenada<br />
dando al recorrido una consistencia <strong>de</strong> paso. Cada piloto tiene, por tanto, sus puntos <strong>de</strong> referencia para frenar y conoce el grado <strong>de</strong><br />
presión que <strong>de</strong>be ejercer sobre el freno y el tiempo en que <strong>de</strong>be mantenerlo antes <strong>de</strong> po<strong>de</strong>r acelerar. Y eso, para cada curva <strong>de</strong>l circuito.<br />
No os confundáis. Para asegurar la consistencia <strong>de</strong> paso es preciso frenar en el mismo punto y con la misma intensidad en cada<br />
vuelta. Sin embargo, no siempre es factible en condiciones <strong>de</strong> carrera. Por otra parte, vuestras referencias sólo sirven para vosotros. Si<br />
otro piloto asegura que frena en otro punto no lo adoptéis sin ensayarlo progresivamente. El punto <strong>de</strong> referencia <strong>de</strong>saparece <strong>de</strong>l campo<br />
<strong>de</strong> visión <strong>de</strong>l piloto mucho antes <strong>de</strong> que realmente lo sobrepase. Apurar la frenada, comenzar a frenar en el sitio más cercano posible<br />
al punto <strong>de</strong> giro, es asignatura individual <strong>de</strong>l piloto.<br />
Aplicación<br />
El punto <strong>de</strong> frenada y la cantidad <strong>de</strong> freno variará según el grado <strong>de</strong> reducción <strong>de</strong> velocidad <strong>de</strong>seada y el estado <strong>de</strong>l piso y <strong>de</strong> los<br />
neumáticos. En los entrenamientos el piloto irá modificando sus puntos <strong>de</strong> referencia hasta establecer los i<strong>de</strong>ales para las características<br />
<strong>de</strong>l kart y <strong>de</strong> la pista, apurando las frenadas hasta llegar a los límites <strong>de</strong> paso por curva. No olvidéis que la distancia <strong>de</strong> frenada<br />
aumenta con el cuadrado <strong>de</strong> la velocidad.<br />
La frenada se realizará antes <strong>de</strong> comenzar la trazada ya que ésta <strong>de</strong>be partir a la velocidad a<strong>de</strong>cuada <strong>de</strong> inicio <strong>de</strong> la curva. Por tanto, el<br />
freno se aplicará en el trozo <strong>de</strong> recta apto para la frenada y antes <strong>de</strong> comenzar a girar la dirección. Aunque los neumáticos radiales<br />
permiten seguir apurando la frenada con las ruedas giradas, este tipo <strong>de</strong> gomas no está permitido en karting. A<strong>de</strong>más, girar las ruedas<br />
en frenada introduce nuevas componentes <strong>de</strong> inercia sumando al nuevo reparto <strong>de</strong> pesos, provocando mayor subviraje <strong>de</strong>lantero, posible<br />
pérdida <strong>de</strong> adherencia trasera y posible riesgo <strong>de</strong> patinazo. La práctica es frenar, soltar el freno, trazar manteniendo el gas y comenzar<br />
a acelerar en el punto a<strong>de</strong>cuado <strong>de</strong> la curva. Sin embargo, cabe la posibilidad <strong>de</strong> ensayo <strong>de</strong> frenada con giro <strong>de</strong> rueda en los<br />
entrenamientos, a fin <strong>de</strong> establecer el punto exacto que luego se utilizará en carrera.<br />
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El grado <strong>de</strong> aplicación <strong>de</strong>l freno <strong>de</strong>be ser también muy preciso ya que una frenada excesiva llega a bloquear las ruedas no permitiendo<br />
que estas giren. La adherencia <strong>de</strong> una rueda blocada es muy inferior a la <strong>de</strong> una rueda que gira con lo que la frenada será mucho menos<br />
eficaz. Dado que el kart no pue<strong>de</strong> llevar ayudas para frenado - tipo ABS-, llegados al punto <strong>de</strong> bloqueo <strong>de</strong> ruedas, es preferible<br />
soltar el freno, para permitir que las ruedas giren y volver a aplicarlo. Algunos pilotos llegan al extremo <strong>de</strong> frenar a golpes, apretando<br />
y soltando el freno alternativamente, lo que, si no hay bloqueo <strong>de</strong> las ruedas, es una pérdida <strong>de</strong> eficacia. En condiciones <strong>de</strong> pista <strong>de</strong>slizante,<br />
p. e. con lluvia, la pérdida <strong>de</strong> adherencia en la frenada pue<strong>de</strong> ser muy acusada y tanto los puntos <strong>de</strong> referencia como la presión<br />
en el freno <strong>de</strong>berán ser modificados a<strong>de</strong>cuadamente.<br />
Con las ruedas rectas, el kart <strong>de</strong>be frenar también en línea recta sin <strong>de</strong>slizar hacia <strong>de</strong>recha o izquierda. Un mal equilibrio <strong>de</strong> chasis,<br />
<strong>de</strong>sgaste <strong>de</strong>sigual <strong>de</strong> gomas o reparto ina<strong>de</strong>cuado <strong>de</strong> presiones pue<strong>de</strong> hacer que la parte trasera <strong>de</strong>l kart, aligerada <strong>de</strong> peso en la frenada,<br />
se <strong>de</strong>splace lateralmente lo que fuerza a corregir la trayectoria.<br />
Zona<br />
A medida que el piloto experimentado va conociendo las variables <strong>de</strong> pista, chasis, gomas, etc., los puntos <strong>de</strong> referencia <strong>de</strong>jan <strong>de</strong> ser<br />
fijos para convertirse en una "zona". Realmente frenar al límite es un asunto complejo <strong>de</strong> estimación <strong>de</strong> muchas variables que hay que<br />
evaluar en conjunto y muy rápidamente. El estado <strong>de</strong> la pista pue<strong>de</strong> variar durante la carrera, los neumáticos van adquiriendo temperatura<br />
y también se van <strong>de</strong>sgastando, y las condiciones <strong>de</strong> carrera fuerzan muchas veces a variar ligeramente el punto. Tanto si se va<br />
<strong>de</strong>trás <strong>de</strong> un rival, cuyo punto <strong>de</strong> frenada no coinci<strong>de</strong> con el nuestro, como si <strong>de</strong>cidimos sobrepasarlo, hay que a<strong>de</strong>cuar el momento y<br />
la intensidad <strong>de</strong> la frenada. Esa estimación <strong>de</strong> la distancia <strong>de</strong><br />
frenada admisible constituye la "zona" para cada piloto que <strong>de</strong>be conocer si está o no <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong> la misma. "Pasarse <strong>de</strong> frenada", frenar<br />
<strong>de</strong>masiado tar<strong>de</strong>, equivale a comenzar a trazar a menor velocidad <strong>de</strong> la <strong>de</strong>seada cuando no a salirse <strong>de</strong> la trazada o <strong>de</strong> la pista.<br />
Conclusión<br />
En cualquier caso, si se quiere ir <strong>de</strong>prisa hay que procurar evitar frenar y, según las palabras <strong>de</strong> Fangio: "Hay que acelerar más y frenar<br />
menos". Y hay que enten<strong>de</strong>rlo ya que, efectivamente, se llega a necesitar fuertes frenadas, pero procurando realizar únicamente las<br />
precisas y en el grado necesario. Es esencial mantener el grado <strong>de</strong> concentración que evite todo frenazo inútil, que supone una reducción<br />
<strong>de</strong> la velocidad efectiva, a<strong>de</strong>más <strong>de</strong> un <strong>de</strong>sgaste adicional <strong>de</strong> frenos, neumáticos y combustible. El grado <strong>de</strong> pericia <strong>de</strong> un piloto<br />
pue<strong>de</strong> medirse en proporción inversa al número <strong>de</strong> frenazos inútiles que realiza. Es preciso ser rápido y eficaz, no hay trofeos para un<br />
frenador espectacular.<br />
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ÁNGULO DE AVANCE<br />
Es el Angulo formado en el plano longitudinal por el eje <strong>de</strong>l Pivote, con la vertical al suelo. Su valor pue<strong>de</strong> oscilar entre 0º y 12º. Este<br />
Angulo es el responsable directo <strong>de</strong> la capacidad <strong>de</strong> Auto-Alineación <strong>de</strong> la dirección <strong>de</strong>l vehículo, y por en<strong>de</strong> <strong>de</strong> su estabilidad en recta.<br />
Se combina al girar para modificar la Caída ( Camber ). El valor normal en un Turismo está situado aproximadamente en 7º, en<br />
un Monoplaza 3º, y a finales <strong>de</strong> los años 80, en los F-1 <strong>de</strong> Efecto Suelo era <strong>de</strong> 0 ó 1º al objeto <strong>de</strong> ayudar al piloto a girar la Dirección,<br />
dado que, el vehículo estaba sometido a las terribles Cargas Aerodinámicas <strong>de</strong> los llamados “ Wing Cars “.<br />
También nos proporciona el Tacto <strong>de</strong> Giro al Volante y corrige el Angulo <strong>de</strong> Caida ( Camber ). Con el archifamoso nivel “ Dunlop “ y<br />
con la ayuda <strong>de</strong> unos Platos Giratorios Graduados, bajo las ruedas directrices, po<strong>de</strong>mos comprobar su Angulo. Para el Avance, es<br />
más importante la Igualdad <strong>de</strong> Valores <strong>de</strong> cada lado que el valor Intrínseco <strong>de</strong>l Angulo. En una palabra, si el reglaje indicado es <strong>de</strong><br />
+7º, <strong>de</strong>ben ser +7º exactos en cada Rueda Directriz. Su variación obliga, por Geometría, a variar tambien los Angulos <strong>de</strong> Caida<br />
( Camber ) y Convergencia ( Toe-In ).<br />
Lo dicho hasta aquí, aunque es importante, No lo es todo respecto a la Dirección. Entre otras consi<strong>de</strong>raciones, po<strong>de</strong>mos apuntar las<br />
siguientes :<br />
• La dureza <strong>de</strong> la dirección <strong>de</strong>be ser la justa para que el piloto tenga sensibilidad y sea capaz <strong>de</strong> discernir con exactitud que está sucediendo<br />
en el Tren Delantero.<br />
• Es imprescindible el control y lubricación <strong>de</strong> las crucetas, cojinetes <strong>de</strong> Teflón, Servodirección, etc.<br />
• La Desmultiplicación <strong>de</strong>be acercarse a un valor <strong>de</strong> 15-16 : 1, al objeto <strong>de</strong> que con una 1.5 vueltas <strong>de</strong> volante vayamos <strong>de</strong> tope a tope<br />
<strong>de</strong> la Dirección, y la respuesta y correciones <strong>de</strong> giro sean instantáneas. En un Monoplaza suele usarse <strong>de</strong> ½ vuelta a ¾ <strong>de</strong> vuelta <strong>de</strong><br />
volante para ir <strong>de</strong> tope a tope <strong>de</strong> la Caja <strong>de</strong> Dirección.<br />
• La capacidad <strong>de</strong> Auto-Alineamiento y Retorno, está <strong>de</strong>finida por la inclinación <strong>de</strong> pivote, el Avance y el Desfase en la huella o tamaño<br />
<strong>de</strong>l circuito <strong>de</strong> proyección <strong>de</strong>l eje <strong>de</strong> Pivote ( King Pin Offset ).<br />
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OTRA MANERA DE EXPLICARLO<br />
El Angulo <strong>de</strong> Avance ( Caster ), es el formado por la linea <strong>de</strong> Mangueta, mirada <strong>de</strong> perfil, ( Lateralmente ), con la Vertical. Se aprecia<br />
claramente en las Motos y Bicicletas, dado que es el que forma hacia <strong>de</strong>lante el Pivote <strong>de</strong> Dirección con la línea imaginaria vertical.<br />
Se mi<strong>de</strong> en Grados, Minutos, o incluso en Milímetros <strong>de</strong> distancia entre el punto <strong>de</strong> intersección con el suelo y el punto medio<br />
<strong>de</strong> la huella <strong>de</strong> contacto <strong>de</strong>l Neumático con él.<br />
En los vehículos actuales, Todo Delante, su mayor peso sobre el Tren Delantero <strong>de</strong>termina un Angulo <strong>de</strong> Avance relativamente pequeño<br />
( entre 3º y 6º ); en cambio en los <strong>de</strong> Peso más repartido entre los dos Trenes, como la Tracción Trasera, o incluso los Todo<br />
Atrás, para conseguir el mismo efecto tendremos que proporcionar un valor Superior ( entre 6º y hasta 15º )<br />
Con las Direcciones Asistidas actuales, su valor queda únicamente <strong>de</strong>finido por el Efecto Auto-Estabilizador que preten<strong>de</strong>mos conseguir<br />
en línea recta a una cierta velocidad, el cual se complementa con el Angulo <strong>de</strong> Salida a vehículo parado y con giros importantes<br />
<strong>de</strong> volante. También el comportamiento en curva, así como la rapi<strong>de</strong>z que necesitamos conseguir al inicio <strong>de</strong> ella, <strong>de</strong>terminaran<br />
el valor <strong>de</strong>l Angulo <strong>de</strong> Avance ( Caster ).<br />
El Angulo <strong>de</strong> Avance, proporciona en la Geometría <strong>de</strong> Dirección un Incremento <strong>de</strong>l <strong>de</strong> Caida ( Camber ) cuando la giramos, lo cual<br />
hace que el vehículo consi<strong>de</strong>rado se comporte <strong>de</strong> muy diferente forma según el Angulo <strong>de</strong> Avance ( Caster ) <strong>de</strong>l que hayamos partido<br />
en Estático.<br />
Según el Angulo <strong>de</strong> Avance ( Caster ) que <strong>de</strong>mos al Tren Delantero, conseguiremos el comportamiento a<strong>de</strong>cuado para que nuestro<br />
vehículo sea más <strong>de</strong>l gusto <strong>de</strong>l Piloto.<br />
En general, procuraremos que el valor <strong>de</strong>l Angulo <strong>de</strong> Avance ( Caster ) sea el mínimo necesario para que el rozamiento que se produce<br />
en línea recta No nos reste excesiva Velocidad.<br />
Como ya hemos dicho anteriormente, el Angulo <strong>de</strong> Avance ( Caster ) nos proporciona la Estabilidad en Línea Recta imprescindible.<br />
A baja velocidad, y ante giros <strong>de</strong> volante importantes, produce el retorno <strong>de</strong> la Dirección a la posición <strong>de</strong> equilibrio ( Volante Recto<br />
). Aunque el Angulo <strong>de</strong> Salida o Angulo <strong>de</strong> Pivote ( King Pin Inclination, Es el ángulo formado en el plano frontal por el eje <strong>de</strong><br />
Pivote con la Vertical al suelo ) influye más, junto con éste es el responsable <strong>de</strong>l mayor esfuerzo que tenemos que efectuar al girar el<br />
volante <strong>de</strong>l vehículo, sobre todo a vehículo parado cuando carece <strong>de</strong> Dirección Asistida.<br />
Lo que más importa, <strong>de</strong>s<strong>de</strong> el punto <strong>de</strong> vista <strong>de</strong> la <strong>competición</strong>, es el hecho <strong>de</strong> que el Angulo <strong>de</strong> Avance ( Caster ) hace que al girar<br />
la Dirección se incremente o acuse el Angulo <strong>de</strong> Caída ( Camber ) Estático; el <strong>de</strong> Caída con la Dirección girada <strong>de</strong>pen<strong>de</strong> <strong>de</strong>l valor<br />
<strong>de</strong>l <strong>de</strong> Avance, con lo cual en las curvas nos va a incidir <strong>de</strong>finitivamente en el equilibrio <strong>de</strong>l vehículo.<br />
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Los Angulos <strong>de</strong> Caída ( Camber ) y Avance ( Caster ), aplicados al Tren Trasero, son <strong>de</strong> razonamiento muy parecido a los <strong>de</strong>l Delantero.<br />
Sólo añadir que, en el caso <strong>de</strong> vehículos <strong>de</strong> Tracción Trasera, el <strong>de</strong> Avance aquí nos proporciona una notable mejora <strong>de</strong> Tracción,<br />
dado que, la resultante <strong>de</strong>l peso tiene su proyección en un punto más a<strong>de</strong>lantado <strong>de</strong> la huella <strong>de</strong> contacto.; el valor <strong>de</strong>be ser mo<strong>de</strong>rado<br />
( Entre 2º y 5º ). Igualmente el Angulo <strong>de</strong> Salida ( King Pin Inclinación ), que al obligar a que la proyección sobre el suelo <strong>de</strong><br />
la resultante <strong>de</strong>l Peso y otras fuerzas verticales caiga <strong>de</strong>l lado exterior ( Negativa ), produce una distribución <strong>de</strong> la presión sobre la<br />
huella <strong>de</strong> contacto favorable para la Adherencia Transversal y para la Tracción en pleno apoyo en curva. Tendremos que tener mucho<br />
tacto y ser muy rigurosos dado que, en realidad, Nos Resta Potencia por rozamiento en las rectas y antes <strong>de</strong> darlo conviene agotar<br />
otras soluciones técnicas.<br />
El Angulo <strong>de</strong> Avance ( Caster ) se halla como Diferencia entre los Angulos <strong>de</strong> Caída ( Camber ) girando la Dirección 20º a la Izquierda<br />
y otros tantos a la Derecha. Esta operación <strong>de</strong>be efectuarse sobre Discos Giratorios provistos <strong>de</strong> un arco <strong>de</strong> circulo dividido en Grados,.<br />
Supongamos que girando la Dirección 20º a la Izquierda, el Angulo <strong>de</strong> Caída ( Camber ) en una rueda es 2º Positivos. Haciendo<br />
lo mismo hacia la <strong>de</strong>recha, 5º Negativos : El Angulo <strong>de</strong> Avance ( Caster ) será : 2º -(-5º) = 7º<br />
No olvi<strong>de</strong>mos nunca y repitamos : La variación <strong>de</strong>l Angulo <strong>de</strong> Avance ( Caster ) obliga, por Geometría, a variar tambien los Angulos<br />
<strong>de</strong> Caida ( Camber ) y Convergencia ( Toe-In ).<br />
Otra manera <strong>de</strong> averiguar el Angulo <strong>de</strong> Avance, será midiendo las alturas <strong>de</strong>l vehículo Ht y Hd ( ( Trasera y Delantera ) ya fijadas,<br />
dado que el valor <strong>de</strong> ellas, inci<strong>de</strong> directamente, como podremos observar, en el Angulo <strong>de</strong> Avance. En el siguiente dibujo, podremos<br />
observar, como po<strong>de</strong>mos valorar el Angulo <strong>de</strong> Avance midiendo el Angulo que forma la superficie superior <strong>de</strong>l portamangueta con la<br />
horizontal, para unas alturas al suelo <strong>de</strong>terminadas.<br />
Por ejemplo, si nuestras alturas al suelo son Hd = 15 mm y Ht = 40 mm, para una batalla <strong>de</strong> L = 2.760 mm, el Angulo <strong>de</strong>l Vehículo en<br />
reposo con respecto a la horizontal será <strong>de</strong> :<br />
Si la Mangueta lo permite, po<strong>de</strong>mos averiguar rápidamente cual es nuestro Angulo <strong>de</strong> Avance, colocando en la cabeza <strong>de</strong> la Mangueta,<br />
un nivel <strong>de</strong> grados, o suplementos angulares, basándonos en el Principio Trigonométrico <strong>de</strong> que Dos Angulos con lados Perpendiculares,<br />
( o Paralelos ), entre sí, Son Iguales.<br />
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TRAZADAS DE UNA CURVA—OPTIMIZACIÓN<br />
En esta oportunidad, analizaremos la mejor manera <strong>de</strong> ir a través <strong>de</strong> una curva. Mejor significa en el menor tiempo, y a la mayor velocidad<br />
promedio. Nos preguntamos siempre, ¿Cuál es la mejor línea a través <strong>de</strong> una curva que nos <strong>de</strong> el mejor tiempo? Y ¿Cuál es el<br />
mejor tiempo si utilizo la parte interior o la exterior <strong>de</strong> la misma curva?, Dadas las respuestas a estas interrogantes nos preguntaremos<br />
luego: ¿Qué trazado <strong>de</strong>be tener la curva para que la línea que yo escoja no tenga ninguna diferencia en los tiempos? La respuesta es<br />
sorpresiva.<br />
El análisis presentado acá es el más simple que pu<strong>de</strong> elaborar, y aun así es bien complicado. Mis cálculos pasaron por 30 pasos antes<br />
<strong>de</strong> llegar a una respuesta. No se preocupen, no los sumergiré en las matemáticas, solo haré un bosquejo <strong>de</strong>l análisis tratando <strong>de</strong> enfocar<br />
los principios básico. Cualquiera que analice las formulas seguro lo <strong>de</strong>rivara por si mismo.<br />
Existen algunas simplificaciones que hice durante el cálculo. Primero que nada, consi<strong>de</strong>re la curva solamente, como una entidad separada<br />
y aislada <strong>de</strong>l resto <strong>de</strong>l circuito. La mejor línea <strong>de</strong> carrera viene dada por lo que esta antes y <strong>de</strong>spués <strong>de</strong> la curva. Uste<strong>de</strong>s usualmente<br />
tratan <strong>de</strong> optimizar la velocidad <strong>de</strong> salida <strong>de</strong> una curva que cae a una recta.<br />
Hablando <strong>de</strong> trazados, a veces se escucha a otros pilotos diciendo cosas como: tienes que hacer esto y esto para estar alineado con la<br />
curva 6 para po<strong>de</strong>r llegar a la curva 10 y estar listo para la recta tal. En otras palabras, cualquier acción que hagamos en un punto<br />
tendrá repercusión en todo el recorrido. Los mejores pilotos se imaginan la línea <strong>de</strong> carrera para todo el trazado como una unidad,<br />
tomando un acercamiento tipo Zen. Pero mientras apren<strong>de</strong>mos, es mejor empezar optimizando para curvas específicas en aislamiento,<br />
luego en grupos <strong>de</strong> dos curvas y así sucesivamente.<br />
No es posible analizar una pista <strong>de</strong> una manera matemáticamente exacta. En otras palabras, mientras la ciencia pue<strong>de</strong> proveer <strong>de</strong> los<br />
principios generales, encontrar la mejor línea <strong>de</strong> carrera es un arte. Y para mi es la parte mas divertida <strong>de</strong> las competencias.<br />
Otra simplificación que hice fue que el coche acelerara, frenara y cruzara a velocidad constante, con abruptas transiciones entre etapas.<br />
Así que las líneas que analizaremos son pedazos <strong>de</strong> aceleración, frenado y cambio <strong>de</strong> dirección. Un coche real hace y <strong>de</strong>be hacerlo<br />
en combinación y <strong>de</strong> manera suave durante las transiciones. Es <strong>de</strong> hecho posible hacer el<br />
análisis con un coche que haga dichas transiciones <strong>de</strong> manera combinada, pero seria mucho mas difícil <strong>de</strong> representar y no agregaría<br />
mayor conocimiento cuantitativo que justifique enredar mas esto.<br />
Nuestra curva es la siguiente:<br />
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Este diagrama representa una familia <strong>de</strong> curvas con ancho constante, cualquier radio y rectas a su entrada y salida. Primero haremos<br />
un análisis con curvas <strong>de</strong> 75 pies <strong>de</strong> radio y 30 pies <strong>de</strong> ancho, luego tendremos tiempo para analizar otras configuraciones.<br />
Definamos los siguientes parámetros:<br />
r = radio <strong>de</strong> la línea central <strong>de</strong> la curva = 75 pies<br />
W = ancho <strong>de</strong> la pista = 30 pies<br />
Ahora bien, cuando entramos a la curva <strong>de</strong>bemos mantener nuestros neumáticos sobre ella, <strong>de</strong> lo contrario nos iríamos a la zona <strong>de</strong><br />
seguridad o al césped. Es mas sencillo (aunque no muy realista) hacer el análisis consi<strong>de</strong>rando la línea <strong>de</strong>l centro <strong>de</strong> gravedad <strong>de</strong>l coche<br />
en vez <strong>de</strong>l <strong>de</strong> los neumáticos. Así que, al <strong>de</strong>finir este curso efectivo, más <strong>de</strong>lgado que el<br />
real, lo que haremos es conducir sobre el centro <strong>de</strong>l coche y listo.<br />
Ya sabemos que para una fuerza centrípeta dada, la máxima velocidad <strong>de</strong> conducción aumenta por la raíz cuadrada <strong>de</strong>l radio <strong>de</strong> giro.<br />
Entonces, si conducimos el camino circular mas largo a través <strong>de</strong>l la curva, comenzando por el lado exterior <strong>de</strong> la recta <strong>de</strong> entrada,<br />
yendo todo el camino hasta la parte interior <strong>de</strong> la mitad <strong>de</strong> la curva (o su ápex en ingles), y terminando en el lado exterior <strong>de</strong> la recta<br />
<strong>de</strong> salida, podremos dar la curva a la máxima velocidad posible. Esta línea <strong>de</strong> carrera se muestra en la figura por la línea gruesa marcada<br />
como línea m. Esta es una versión simplificada <strong>de</strong> la clásica línea <strong>de</strong> carrera a través <strong>de</strong> una curva. La línea m alcanza la mitad<br />
<strong>de</strong> la curva (ápex) en el centro geométrico <strong>de</strong>l circulo que <strong>de</strong>scribe dicha curva. Continuemos analizando la línea geométrica perfecta<br />
ya que es relativamente fácil <strong>de</strong> lograr. La ilustración muestra también una línea llamada “i”, línea interna que viene <strong>de</strong>s<strong>de</strong> la parte<br />
interior <strong>de</strong> la recta <strong>de</strong> entrada, gira por la parte interior <strong>de</strong> la curva, y sigue a todo lo largo <strong>de</strong> la parte interna <strong>de</strong> la recta <strong>de</strong> salida; y la<br />
línea “o” línea externa que viene por la parte externa <strong>de</strong> la recta <strong>de</strong> entrada, gira por la parte externa <strong>de</strong> la curva y sale por la parte<br />
externa <strong>de</strong> la recta final.<br />
Uno pue<strong>de</strong> polemizar que existen ventajas <strong>de</strong> la línea i sobre la línea m. La línea i es consi<strong>de</strong>rablemente mas corta que la línea m, y<br />
aunque tengamos que ir mas lento, también es cierto que <strong>de</strong>bemos cubrir menos distancia para pasar la curva.<br />
También pudiéramos acelerar bastante durante la recta <strong>de</strong> entrada, reducir la velocidad mientras estamos en el centro <strong>de</strong> la curva y<br />
acelerar en el tramo <strong>de</strong> salida, mientras que para la línea m, <strong>de</strong>bemos conducir a velocidad constante. Vamos a <strong>de</strong>scubrir cuanto tiempo<br />
toma ir a través <strong>de</strong> ambos tipos <strong>de</strong> línea <strong>de</strong> carrera. Hemos incluido línea o para tener el panorama completo aunque a simple vista<br />
parece la menos acertada ya que es lenta y cubre mayor distancia.<br />
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Si asumimos la máxima aceleración centrípeta <strong>de</strong> 1,10G, que esta justo sobre la capacidad máxima <strong>de</strong> un neumatico <strong>de</strong> autocross,<br />
encontramos las siguientes velocida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> giro utilizando las líneas i, o y m:<br />
ara la línea i, aceleramos por un momento durante la fase recta <strong>de</strong> entrada a la curva, frenamos hasta que alcanzamos 32,16 MPH,<br />
giramos por el interior <strong>de</strong> la curva a esa velocidad, y luego aceleramos para atacar la recta <strong>de</strong> salida <strong>de</strong> la curva. Asumamos, para<br />
mantener la comparación, que po<strong>de</strong>mos entrar en la línea i a 48,78 MPH, la misma velocidad<br />
que para línea m. Vamos a sumir también que el coche pue<strong>de</strong> acelerar a 1/2G y frenar a 1G.<br />
Entonces nuestra planificación para conducir a través <strong>de</strong> la curva utilizando la línea i genera este perfil <strong>de</strong> velocidad:<br />
Ya que po<strong>de</strong>mos entrar acelerando, comenzamos a ir mejor que en la línea m. Pero tenemos que frenar fuerte al aproximarnos al centro<br />
<strong>de</strong> la curva. Finalmente, aunque aceleremos en la fase <strong>de</strong> salida, casi no logramos las 48,78 MPH, o velocidad <strong>de</strong> salida <strong>de</strong> la línea<br />
m.<br />
Pero no nos importa la velocidad <strong>de</strong> salida, solo el tiempo para recorrer esta curva.<br />
Utilizando el perfil <strong>de</strong> velocidad <strong>de</strong>l grafico, po<strong>de</strong>mos calcular el tiempo para la línea i, llamémoslo ti, el cual será 4,08 segundos. La<br />
línea i pier<strong>de</strong> sobre la línea m, por 9 décimas <strong>de</strong> segundo. Esto es un margen aceptable para per<strong>de</strong>r cualquier carrera. Este análisis<br />
muestra lo que po<strong>de</strong>mos per<strong>de</strong>r en tiempo <strong>de</strong> acuerdo a cada tipo <strong>de</strong> ataque a la<br />
curva en cuestión. En este caso la línea i es catastrófica. Inci<strong>de</strong>ntalmente recorrer la línea o, toma 4,24 segundos = to<br />
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Que pasa si la curva fuera más cerrada o <strong>de</strong> mayor radio. La siguiente tabla muestra los tiempos para curvas <strong>de</strong> 30 pies <strong>de</strong> ancho y<br />
varios radios:<br />
La línea i, nunca vence a la línea m, aunque mientras el radio aumenta, el margen <strong>de</strong> perdida <strong>de</strong>crece. Esta ten<strong>de</strong>ncia es intuitiva <strong>de</strong>bido<br />
a que curvas <strong>de</strong> mayor radio son también mas largas, y la velocidad extra <strong>de</strong> m sobre la línea i es menor.<br />
El margen es mayor para curvas mas cerradas, ya que el ancho es una fracción mayor <strong>de</strong> la longitud y el diferencial <strong>de</strong> velocidad es<br />
mayor.<br />
Que pasa con diferentes anchos <strong>de</strong> curva? La siguiente tabla muestra tiempos para una curva <strong>de</strong> 75 pies <strong>de</strong> radio con diferentes anchos<br />
<strong>de</strong> pista:<br />
A mayor ancho <strong>de</strong> la pista, mayor el margen <strong>de</strong> perdida. Esto es <strong>de</strong> nuevo intuitivo, la línea m es en realidad un gran circulo a través<br />
<strong>de</strong> la curva. Note que la línea o es mejor que la línea i para circuitos anchos. Esto es <strong>de</strong>bido al diferencial <strong>de</strong> velocidad entre las líneas<br />
o e i el cual es mayor en circuitos anchos. El hecho mas notable es que la línea m<br />
vence a la línea i por 0,16 segundos, en un circuito que es solamente 4 pies mas ancho que el coche (10.00 pies, primera columna <strong>de</strong><br />
la tabla). Esto solo indica que <strong>de</strong>bemos utilizar todo el trazado posible.<br />
Entonces la respuesta es, bajo las premisas hechas, que la línea interna nunca es mejor que la clásica línea <strong>de</strong> carrera. Bajo estas conjeturas<br />
po<strong>de</strong>mos estar seguros que no hay línea <strong>de</strong> carrera más rápida que la línea m.<br />
Hemos ido a través <strong>de</strong> un tipo simplificado <strong>de</strong> análisis <strong>de</strong> variaciones. El análisis <strong>de</strong> variaciones es utilizado en todas las ramas <strong>de</strong> la<br />
física, especialmente mecánica y óptica.<br />
Es posible, <strong>de</strong> hecho, expresar todas las teorías <strong>de</strong> la física, hasta las mas radicales <strong>de</strong> forma variacional. Es hasta posible generar un<br />
programa <strong>de</strong> or<strong>de</strong>nador que nos muestre la línea perfecta <strong>de</strong> carrera para circuitos reales.<br />
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ALERON FRONTAL FERRARI 2009—CFD<br />
Conocemos la historia <strong>de</strong> aquel reino en el que ciertos diputados, filosofaban acerca el número <strong>de</strong> dientes <strong>de</strong> un caballo; tras horas y<br />
horas, el rey,<br />
mandó subir el caballo, y contar los dientes: SABIA DECISIÓN.<br />
Así es como hay que actuar en la ciencia.<br />
De ahí, que a partir <strong>de</strong> ahora, calculemos mediante CFD, y no elucubremos tanto.<br />
En esta primera ocasión, tomemos un alerón frontal <strong>de</strong> un Ferrari <strong>de</strong>l 2009.<br />
Los datos obtenidos son:<br />
3.600.000 CELDAS.<br />
48 m/s.<br />
Down-Force: 945 N.<br />
Drag: 227 N.<br />
Vemos en las imágenes, que la capa límite está genial y muy bien mo<strong>de</strong>lizada numéricamente; disfrutad <strong>de</strong> las imágenes; esto es sólo<br />
el principio;<br />
iremos analizando diversos sistemas y modificando otros.<br />
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REDUCCIÓN RESISTENCIA AERO—REDUCCIÓN CONSU-<br />
MO DE COMBUSTIBLE—RELLENO DE POPA<br />
Ya sabemos que para reducir la drag o resistencia aerodinámica <strong>de</strong> un vehículo, es necesario, entre otras cosas, reducir las turbulencias<br />
que se producen aguas abajo o en la popa <strong>de</strong> dicho vehículo.<br />
Si la popa no es “afilada” o este “afilamiento” es muy brusco, el flujo se separa <strong>de</strong> la superficie, causando las turbulencias mencionadas.<br />
En principio y como regla general, si el flujo es turbulento, tien<strong>de</strong> a pegarse más a la superficie; o lo que es lo mismo: le cuesta más<br />
separarse <strong>de</strong> ella.<br />
Por tanto, po<strong>de</strong>mos imaginar un dispositivo colocado “estratégicamente” <strong>de</strong> tal forma que vuelve el flujo turbu-lento, <strong>de</strong> tal modo que<br />
conseguimos reducir las turbulencias, y por tanto, reducimos la drag y por tanto, reduci-mos el consumo <strong>de</strong> combustible.<br />
Ya vimos hace pocas fechas, otro artículo <strong>de</strong>dicado a la formación <strong>de</strong> las llamadas turbulencias <strong>de</strong> Karman.<br />
Existen diversos métodos o sistemas para mitigar estas turbulencias:<br />
El primer método, consiste en colocar una serie <strong>de</strong> <strong>de</strong>flectores <strong>de</strong> popa, adheridos a la superficie <strong>de</strong> la misma, <strong>de</strong> forma, que <strong>de</strong>flectan<br />
el flujo hacia la parte interior, justo don<strong>de</strong> se forma la <strong>de</strong>presión:<br />
Estos <strong>de</strong>flectores pue<strong>de</strong>n ser <strong>de</strong> muchos tipos, pero esencialmente son planchas que <strong>de</strong>flectan el flujo hacia el interior <strong>de</strong> la <strong>de</strong>presión.<br />
Otro <strong>de</strong> los métodos consiste en colocar una serie <strong>de</strong> <strong>de</strong>flectores <strong>de</strong> superficie, sobre los laterales <strong>de</strong>l remolque.<br />
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VARIACIÓN DE LA TEMPERATURA DE LOS NEUMÁTICOS<br />
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