De 200.000.000 a 500.000.000 euros por año es el coste de un equipo con 2 pilotos de Fórmula 1 que participe en las carreras que arrastran más seguidores físicos y televisivos en Europa.
Es una actividad cara. El coste se reparte del siguiente modo: 20 % en motores, 20 % en pilotos, 35 % en el resto de personas del equipo móvil y 25 % en investigación y desarrollo en fábrica. Todo ello, a pesar de las restricciones que impone la FIA (Federación Internacional de Automovilismo) para que los costes no sean excesivos.
Detrás de cada equipo suele haber una marca de automóviles que pretende con ello hacer publicidad para vender sus automóviles de serie. Cada equipo está compuesto de 200 a 800 personas, la mitad de las cuales se dedica a investigación y desarrollo. Cada equipo emplea de 3.000 a 30.000 metros cuadrados de naves industriales y de 10 a 15 camiones para los desplazamientos. La organización y el reparto de funciones dentro cada equipo es similar a la de una empresa normal.
El diseño de un nuevo automóvil de Fórmula 1 se inicia de 9 a 10 meses antes de iniciarse la temporada anual de carreras, con el máximo secreto para que los competidores no conozcan detalles que les ayuden. Cada equipo trata de aplicar al límite las relaciones entre automóvil, deporte y negocio; todo ello, dentro de un reglamento complicado de la FIA que regula muchas características del automóvil de Fórmula 1, tales como medidas de dimensiones lineales máximas del automóvil, de dimensiones lineales mínimas para el cubículo del piloto y de dimensiones lineales de los neumáticos.
La parte mecánica del automóvil y el cubículo del piloto están montados en un monocasco de fibra de carbono que es muy resistente a esfuerzos de flexión, de torsión y de choque. Cada modificación de un solo milímetro del automóvil es importante. Subir 3 milímetros el eje del cigüeñal provoca que el automóvil sea más lento y que no sea competitivo.
La aerodinámica es importantísima y el ala delantera del automóvil condiciona el resto del vehículo. Un automóvil deportivo de serie suele tener un peso de 1.500 quilogramos, un motor de 3.000 centímetros cúbicos de cilindrada y 185 kilovatios de potencia (equivalentes a 250 caballos de vapor) con velocidad máxima de 244 kilómetros por hora y aceleración de 0 a 100 kilómtros por hora en algo menos que 7 segundos.
Por otra parte, un automóvil de Fórmula 1 suele tener un peso de 600 kilogramos (incluido un laste en la parte inferior), un motor de 2.500 centímetros cúbicos de cilindrada y 555 kilovatios de potencia (equivalentes a 750 caballos de vapor), con velocidad máxima de 330 kilómetros por hora y aceleración de 0 a 100 kilómetros por hora en 2,9 segundos.
Paradógicamente, el coeficiente aerodinámico de un automóvil de Fórmula 1 es mayor que el de un automóvil deportivo de serie, es decir, ofrece mayor resistencia a moverse por el choque con el aire, a igualdad de sección perpendicular al movimiento.
En una curva, la aceleración lateral que sufre el piloto de Fórmula 1 es de unos 40 metros por segundo al cuadrado (es decir, unas 4 veces la aceleración de la gravedad) que le es muy molesta y que le obliga a desarrollar en gimnasio determinados músculos para soportar dicha aceleración; por ello y porque la suspensión del automóvil de Fórmula 1 es muy dura, no puede decirse que pilotarlo no sea un deporte.
En la misma circunstancia, un conductor de automóvil de serie sufre una aceleración lateral de sólo 10 metros por segundo al cuadrado (es decir, la misma aceleración que la de la gravedad, pero lateralmente). La potencia de un motor endotérmico de gasolina es función principalmente de la presión media dentro de sus cilindros y de la velocidad de giro del motor, el cual está limitado reglamentariamente a 19.000 vueltas por minuto (renuncio a expresarlo en radianes por segundo empleando el obligatorio sistema internacional de unidades).
El reglamento de 1952 permitía motores con máximos de 7.500 vueltas por minuto y de 1.985 centímetros cúbicos de cilindrada que conseguían de 125 a 132 kilovatios de potencia (es decir, de 170 a 180 caballos de vapor). El reglamento de 1985 permitía motores con máximos de 20.000 vueltas por minuto y de 2.997 centímetros cúbicos de cilindrada; estos motores tenían 10 cilindros en uve y 40 válvulas. El reglamento de 2008 permitía motores con máximos de 19.000 vueltas por minuto y de 2.500 centímetros cúbicos; estos motores tenían 8 cilindros en uve y 32 válvulas; no estaba permitida ayuda electrónica en aceleraciones ni en desaceleraciones; estaba permitido un nuevo sistema de recuperación de energía inercial que proporcionaba ganar unos 2 segundos más en la aceleración a la salida de una curva; en el futuro, se podrá emplearse un sistema de recuperación eléctrica de la energía y motores híbridos de gasolina y eléctricos.
Álgebra lineal
Mecánica de cuerpos rígidos
Química
Termodinámica
Representación gráfica
Materiales ,Informática Organización de empresas ,Teoría de máquinas ,Cálculo numérico y simulación Resistencia de materiales Transferencia de calor Mecánica de fluidos Cálculo de elementos de máquinas Electrónica Vehículos Tecnología de fabricación Motores endotérmicos Telemetría
Los estudios mejor indicados para conocer dichas técnicas son los de ingeniería industrial, ingeniería aeronáutica e ingeniería de telecomunicaciones, según la técnica a emplear. Se habla mucho de la seguridad física de los pilotos y del público; se trata de minimizar el peligro de un accidente. Para ello, entre otras medidas, se han estudiado a fondo los accidentes ocurridos y la reglamentación obliga a pruebas de choque. La fibra de carbono del monocasco puede aplastarse hasta prácticamente cero y, por ello, absorber bien la energía de un choque; en contraposición, el metal no puede aplastarse tanto.
Desgraciadamente, pocas tecnologías pueden pasarse de los automóviles de Fórmula 1 a los automóviles de serie. Éstos son más difíciles de diseñar, aunque parezca inverosímil.
Una de las tecnologías traspasables es la seguridad pasiva en caso de choque. Para que los equipos no gasten todavía más en investigación, el reglamento prohibe emplear materiales matriciales, mezcla de aluminio y fibra. El combustible está reglamentado entre límites y cada equipo escoge el combustible que le parece más ventajoso. Resumiendo, en torno a los automóviles de Fórmula 1 hay dinero, pilotos, personas clave, afición, patrocimadores, actividades, saber hacer, tecnologías, túnel de viento y pasión. Este año es todo un hito para la tecnología de la Fórmula 1.
Cada área del coche se ve afectada por la nueva normativa, pero ninguna más que el motor V6 turboalimentado. Por mucho que hayan cambiado los propulsores en las últimas décadas, nunca las normas han exigido cambios tan grandes de golpe. El deseo de la FIA de una F1 más eficiente y “verde” se ha cumplido con el paso a los motores de 1,6 litros turbo.
Esto significa que la temporada 2014 estará dominada y probablemente decidida por la tecnología de los motores. Antecedentes La normativa sobre motores ha sido relativamente estable durante décadas. Desde los años 60, los motores de tres litros se cambiaron por turbos, atmosféricos de 3,5 litros, luego se volvió a los tres litros, y finalmente se pasó a los 2,4 litros que hemos tenido hasta ahora.
Aparte del coqueteo con los turbo y el avance hacia especificaciones fijas, los motores de base nunca han sido tan diferentes. Motor Renault F1 turbo Los motores atmosféricos llegaron a girar hasta 20.000rpm y las potencias rondaron los 1.000cv, antes de que las dificultades económicas hicieran que se creara una especificación fija y se congelara su desarrollo a partir de 2006. Los empleados en 2013 son los herederos de aquellos motores, con 2,4 litros V8 y límite de revoluciones de 18.000rpm, produciendo alrededor de 780cv. Con la congelación, los motores se convirtieron en muy fiables, a prueba de bombas.
Como consecuencia de ello, los costos de los fabricantes de motores se redujeron mucho, debido tanto a la reducción del número de propulsores que tenían que fabricar, como por el ahorro en desarrollo. Por el camino se quedaron Honda, BMW y Toyota, por lo que fueron cuatro fabricantes de motores los que aguantaron hasta el actual retorno de la era turbo.
El plan original de la FIA era crear una F1 con imagen más “verde”, con motores más pequeños y eficientes, pero con similar potencia a los anteriores. Originalmente se pensó en motores cuatro cilindros de 1,6 litros, pero se cambió a V6 por las protestas de Ferrari y Mercedes, que acostumbran a equipar sus coches de calle con motores más “gordos”. El reglamento técnico, completamente diferente al de los anteriores V8, permite un sólo turbo sin límite de soplado, con un régimen máximo de 15.000rpm, y con un límite en el flujo de combustible.
Otras restricciones afectan a cada una de estas áreas, y también se reducen a cinco los motores disponibles por piloto y año. Arquitectura del motor Históricamente los fabricantes de motores han tenido libertad a la hora de elegir la configuración, en cuanto a número de cilindros, el ángulo de la V o el diámetro del pistón, siempre que se respetara la cilindrada máxima. A comienzos de la década de los 2000 los motoristas luchaban por lograr el mejor motor, con diseños cada vez más pequeños, ligeros, bajos y capaces de girar más rápido.
Para frenar tal escalada, la FIA impuso límites, con especificaciones fijas, y con las nuevas reglas se ha ido incluso más lejos en este sentido. Por ejemplo, los motores tienen que ser V6 con 90º de ángulo entre las bancadas, y los pistones deben tener un diámetro de 80mm. Los anteriores motores V8 tenían cilindros de diámetro 98mm, utilizados desde la era V10, por lo que sólo este cambio de tamaño ya requiere de nuevos desarrollos en los bancos de pruebas. Motor Renault F1 turbo de 2014 Cilindros más estrechos también significa que las válvulas tienen menos sitio en la cámara de combustión, y con las temperaturas más altas en la cámara de combustión harán falta bujías más pequeñas.
Como en las anteriores normas, hay un peso mínimo para el motor, pero pasa de 95kg a 145kg, porque en ese peso hay que añadir todo los sistemas de recuperación de energía. El centro de gravedad del motor también se fija, para evitar que los equipos gasten dinero en quitar peso de la parte superior. Este C.D.G se ha elevado 35mm respecto al año pasado, hasta los 200mm, porque también se ha elevado la altura del cigueñal en 32mm. Si no se pusiera este límite de altura del cigueñal, los diseñadores “tirarían” el motor al suelo, obligando a diseños extremos de embrague y caja de cambios.
Turbo El retorno de los turbocompresores es el principal motivo por el que estos pequeños motores producirán suficiente potencia como para igualar a los V8 empleados hasta ahora. Renault fue la que introdujo el turbo en la F1 en 1977, dando inicio a un formato que duró hasta que fue prohibido en 1988. Durante este periodo, los motores de tres litros V8 de Cosworth o los 12 cilindros de Ferrari fueron superados por estos pequeños motores de 1,5 litros. Si un buen motor producía alrededor de 550 cv, durante la era turbo, sin límite de presión, se llegaron a alcanzar los 1.500 cv. Renault F1 turbo El retorno de los turbo no significará un renacimiento de las ultra-altas presiones, y la expulsión de llamaradas por el escape. Al igual que en los coches de calle, la presión del turbo será menor, el retraso en la respuesta se reducirá a nada, y se controlará el consumo de combustible. Su instalación está muy controlada: un sólo turbo de geometría fija, posicionado en la línea central del coche, y alimentado por los tubos de escape que saldrán por fuera de la V del motor.
No será posible que los escapes salgan por dentro de la V como en el Audi de Le Mans o el motor Ferrari de la anterior época turbo. Aunque se permitirán válvulas de descarga, los gases de escape deben salir por un único tubo de escape. Con la posición de la salida del escape y la energía que el turbo extraerá de los gases, su uso para el soplado aerodinámico estará muy limitado. Aparte de los primeros motores turbo de Renault, nunca se han empleado turbos en posición central en la F1, por lo que estamos acostumbrados a ver entradas de aire para el turbo laterales, sobre los pontones. Este año, con el turbo montado ligeramente detrás del motor, hay espacio para que el aire llegue desde las actuales entradas de aire que están sobre la cabeza del piloto, por lo que los coches seguirán teniendo un aspecto parecido. Pero esto no está regulado, así que algunos equipos podrían encontrar mejores lugares para colocar una o dos entradas de aire. El turbo necesitará mucha refrigeración, tanto para el turbo en sí mismo, que está refrigerado por aceite, como para el aire que pasa a través del turbo, que necesita refrigerarse antes de entrar al motor. Así que uno de los pontones estará dominado por un gran intercooler.
Probablemente en el otro pontón entren los radiadores normales para el agua y el aceite. Restricciones de flujo de combustible La FIA ha introducido un nuevo límite para el consumo instantáneo de combustible, y el motor no puede consumirlo a un ritmo mayor de 100kg/h a más de 10.500rpm. A bajas revoluciones este caudal máximo se formula de acuerdo a las revoluciones del motor. Esto significa que por encima de las 10.500rpm la potencia estará limitada por la restricción de combustible, por lo que llegar a 15.000 rpm acabará produciendo menos potencia debido a las fricciones a esas velocidadades. Los motores serán más eficientes a menos de 10.500rpm, por lo que probablemente sólo en calificación y al final de las rectas largas el motor rodará por encima de ese límite. Ayudando a la eficiencia se permite la inyección directa por primera vez, inyectando combustible directamente en la cámar de combustión a alta presión, con un límite de 500 bar. En pista…
Algunos aficionados se han preocupado por el sonido que emitirán estos motores, pero en los años 80, con motores aún más pequeños y girando a menos revoluciones que este año, el sonido no defraudaba a nadie, así que este debate acabará en cuanto comience la temporada. Aunque tampoco se espera que los coches se retiren con sus motores rotos envueltos en llamas como en los 80, la fiabilidad a prueba de bombas se ha terminado, y es muy posible que la fiabilidad vuelva a decidir los títulos. Además, cada piloto sólo puede emplear cinco motores por temporada, sancionándose con posiciones de parrilla el uso de cualquier motor adicional, por lo que la falta de fiabilidad será doblemente castigada. Con las restricciones de consumo el motor puramente de gasolina no igualará la potencia de los anteriores V8, pero con los sistemas de recuperación de energía sí que lo harán.
De todas formas lo importante será la manejabilidad y el par. Los V8 producían muy poca potencia por debajo de las 10.000 rpm, y en las últimas 8.000 rpm entregaban 500cv extra. Con los nuevos turbo, los motores ofrecerán casi la mitad de su potencia a 5.000rpm., para elevarse a aldedor de 650cv a 10.000rpm, momento en el cual la restricción del flujo limita la potencia. Con los sistemas de recuperación de energía (que explicaremos con detalle en un posterior análisis), el tren de potencia ofrecerá algo más de 800cv durante casi toda la vuelta, con enormes cantidades de par. Todo esto empleando un tercio menos de combustible que los motores de 2013…
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