DRS y los motores V6 de 2014

 

¿Cómo afectan los cambios normativos a los monoplazas?

upren14b[1]Esta temporada de 2014, ha habido muchos cambios normativos desde un punto de vista técnico; ya lo sabemos sobradamente. Ello ha conllevado una serie de cambios estructurales y geométricos en los coches, pero también en la planta motriz. Esto ha supuesto también cambios de prestaciones. Vamos a ver 2 de esos cambios: la nueva normativa respecto el DRS y los efectos del cambio de motor.

Para entrar un poco en materia y profundizar más entrar aquí.

El principio de funcionamiento del DRS se basa en que se reduce la resistencia aerodinámica del alerón trasero en cierto momento, para de esta forma, poder aumentar la velocidad punta del coche con el fin de adelantar al coche que le precede.

Para ello, se mueve el flap superior del alerón trasero, con el fin de exponer menos cantidad de superficie frontalmente al aire, y hacer que fluya el aire más fácilmente, reduciéndose la resistencia. La separación, por Normativa, era de 5 cm:

Si hacemos el flap superior móvil muy grande, a pesar de moverse esos 5 cm, queda exponiendo mucha superficie y produciendo mucha drag. Por tanto el primer objetivo es hacerlo cuanto más pequeño mejor, sin perder efectividad:

El cambio de normativa en 2014, aumenta esta separación a 6.5 cm, con lo que es posible hacer el flap superior más grande, y de esta forma, reducir la resistencia mucho más:

De esta forma, como se aprecia en la foto, podemos llegar a que el flap superior, ¡se encuentre totalmente plano incluso!

Otras temporadas, Red Bull tenía ventaja, por cuanto al "sobrarle" down force, podía permitirse el lujo de tener poco ángulo de flap superior sin activar el DRS. Al activarlo, la reducción de drag era mucho más apreciable que en el resto de coches.

La temporada pasada de 2013, el aumento de velocidad con DRS era aproximadamente de unos 9 km/h; esta temporada, será bastante más. De hecho, ¡Ferrari ha alcanzado prácticamente 25 km/h más de velocidad en 2014! Los coches en general, tienen más velocidad, pero el tiempo por vuelta se ha reducido, ya que hay menos carga aerodinámica, y esto se nota en curva.

Lo que vamos a hacer ahora, es cuantificar este incremento de separación, y a lo que equivale en términos de aumento de velocidad punta; para ello, utilizaremos la simulación CFD. Realizamos una sóla simulación, incorporando 3 sistemas de alerones traseros:

  1. Alerón sin activación del DRS.
  2. Alerón activando DRS – 2013.
  3. Alerón activando DRS – 2014.

De esta forma, calculamos el drag en cada alerón, para después calcular la potencia de más que tendremos en nuestro motor para así alcanzar mayor velocidad punta.

El diseño CAD de estos 3 alerones, lo han realizado los chicos del EQUIPO SAE DE LA UNIVERSIDAD DE NEBRIJA (MADRID); en particular  gracias a Raúl Martínez:

Esta es la vista frontal que tienen los 3 diseños; podemos ver el aumento del gap o abertura entre las piezas del alerón:

Este es un truco que se utiliza bastante en simulación CFD, siempre y cuanto el hardware o PC lo permita; estamos realizando esta simulación en un PC de 16 núcleos y 48 Gigas de RAM. Aún así tarda en finalizar y obtener resultados, unas 28 horas continuamente trabajando…. El truco consta del diseño conjunto de las 3 piezas, para de esta forma, asegurarse las mismas condiciones de simulación en todas las piezas a estudiar.

Los resultados obtenidos son los siguientes:

  • DRS activado 2013: 3 % menos drag que sin DRS activado.
  • DRS activado 2014: 6 % menos drag que sin DRS activado.

Por otro lado, podemos representar algunos campos de valores para ver el efecto sobre el flujo de aire que tiene cada diseño y su reparto sobre cada diseño:

Una vez obtenidos valores numéricos de resistencia aerodinámica, podemos ver su efecto sobre la velocidad punta del coche. Recordemos de nuevo que justo éste, era el objetivo del funcionamiento del DRS.

Para no poner ningún desarrollo matemático y suponiendo ciertas simplificaciones admisibles, podemos suponer que si varía la resistencia aerodinámica en cierta proporción, la velocidad también varía en la misma proporción. De esta forma, obtenemos que las velocidades máximas para cada uno de los 3 modelos son:

Suponiendo que la velocidad máxima de un F1 es de unos 310 km (haciendo una media de todas las velocidades máximas en todos los circuitos de la temporada), obtenemos que la velocidad máxima con DRS en 2013 es de unos 9 km/h más, mientras que en 2014 es de 17 km/h. El cambio brutal ha sido esta temporada, pues prácticamente el aumento de velocidad de 2013 a 2014 ha sido el doble ¡Gran avance sí señor, con un pequeño aumento de abertura o gap!

La mejoría es evidente esta temporada y ello "debería" permitir más adelantamientos o quizás facilitarlos.

Otro de los asuntos muy importantes o cambios esta temporada de 2014, ha sido el motor. Se han cambiado muchas cosas al respecto y ello, repercute en la dinámica del coche sobre la pista, así como en el tiempo por vuelta. Vamos a intentar cuantificar estos cambios.

Hemos reproducido el Circuito de Bahréin en un simulador que hemos confeccionado a tal efecto con Excel (parece mentira pero con Excel se pueden hacer muchas cosas).

Dicho simulador nos permite conocer en función de las relaciones de cambio, los neumáticos, el diferencial, la aerodinámica, los pesos, el reparto de pesos, etc…. El tiempo que va a hacer el coche en Bahréin.

Bahréin no se distingue especialmente por un excesivo consumo; veamos los siguientes diagramas:

Los kilos por hora son aproximadamente unos 81 kg/h. Los kilos totales de combustible, en la era del V8 eran:

A raíz de la gráfica, esta temporada no acabarían.

El modelo que hemos usado para la simulación de los neumáticos, para aquellos lectores más técnicos, es el Modelo de Pacejka reducido, cuyos factores son:

El motor turbo aproximadamente proporciona unos 600 CV de potencia. Mercedes, según lo visto y lo que se habla por el paddock, está ya más cerca de 700 CV. El sistema ERS proporciona unos 160 CV extras durante 35.5 segundos. Vemos esta diferencia de potencia entre motores Renault y Mercedes en qué traduce en el circuito de Bahréin:

Trabajamos sobre la siguiente curva de potencia del motor turbo (caballos de potencia):

Veamos el tiempo con un motor Renault. Las diferencias, como veremos a continuación, serán las que sean, pero dependerá de cada circuito: habrá circuitos con más diferencia de tiempos por vuelta y otros con menos.

El tiempo con todas estas restricciones es de 1 minuto  y 37.4 segundos.

Veamos lo mismo pero con motor Mercedes; la curva de potencia será en este caso:

 

El tiempo pasa ahora a ser de 1 minuto y 36.8 segundos.

La diferencia es apreciable. Tener en cuenta que seguro habrá circuitos en donde podrán haber más de 1 segundo y medio de diferencia o quizás hasta 2 segundos. Ya lo iremos viendo a lo largo de la temporada. En Bahréin, es de 0.6 segundos.

Como podréis comprender, conocer los parámetros de los neumáticos esta temporada, así como las curvas del motor Renault y el de Mercedes, es harto difícil y complicado. Es por esto que hemos hecho aproximaciones para poder así obtener datos fiables. Los resultados obtenidos son bastante exactos y a lo largo de la temporada podremos jugar con ellos para ver diferencias de tiempo entre ambas marcas.

Veamos por último, la importancia de la aerodinámica.

Vamos a calcular los tiempos por vuelta, en función de la carga aerodinámica. Para ello, supondremos que la resistencia está multiplicada por un factor; si este factor es "1", significa que la resistencia es igual que la carga. Si es 2, significa que la carga es el doble que el drag. De esta forma calculamos los tiempos para diferentes valores de dicho factor; será muy curioso ver al final de temporada, estos valores de tiempos por vuelta en función de la carga o down force:

Cuanta más rápido varíe el tiempo, más importancia tendrá una buena cantidad de down force.

Iremos viendo estos factores de potencia del motor y valores aerodinámicos a lo largo de la temporada en cada circuito.

 

SOBRE LOS AUTORES

Enrique Scalabroni (Alta Gracia, Córdoba, Argentina, 1949) es un reputado técnico que inició su dilatada trayectoria en 1974, cuando diseñaba monoplazas con motor bicilíndrico de motocicletas en su país natal. Durante varios años trabajó en prototipos Avante de Fórmula 3 que cosecharon éxitos como el campeonato que venció Eliseo Salazar antes de 'mudarse' a Europa. También Scalabroni tomaría el mismo camino, pero antes trabajó con los equipos oficiales de Renault y Ford en F3, adonde fue ingeniero de pista y, en el caso de la marca del óvalo, también desarrolló coches del TC2000.

En 1982 decidió marcharse a Europa, adonde ha vivido sus años dorados. Desde 1982 y hasta mediados de 1985 trabajó para Dallara Automobili, para la que desarrolló, entre otros coches, el primer F3 construido en materiales compuestos. Desde allí dio un gran salto en su trayectoria profesional, para recalar en el equipo Williams de Fórmula 1. A las órdenes de Patrick Head, diseñó coches desde su planteamiento y trabajó con detalle en suspensiones, carrocerías y chasis, con actividad en túnel de viento y diseño de la primera caja de cambios transversal del equipo. Esta época, que fue excelente para Williams con dos títulos mundiales consecutivos en 1986 y 1987.

Ferrari fue la siguiente casa de Scalabroni. Allí fue diseñador jefe de los proyectos 641/1 y 641/2, con el que Alain Prost fue subcampeón del mundo en 1990, y luego dirigió el departamento técnico de Ferrari en Guilford cuando John Barnard abandonó la Scuderia. Aquella estructura era muy onerosa y los resultados tampoco acompañaron, por lo que Scalabroni recaló en el equipo Lotus como director técnico de cara la temporada 1992. Sin embargo, un nuevo reto llegó a la mesa del técnico argentino: trabajar con Tim Wright en el equipo Peugeot Sport, donde fue ingeniero de desarrollo del 905 y responsable también del 906.

 

Con la retirada de Peugeot, Scalabroni trabajó en una multitud de proyectos, desde modelos de calle de la marca De Tomaso hasta el Coloni CN1 de la Fórmula Nissan con la que Fernando Alonso ganó el campeonato de 1999. Más tarde trabajó como ingeniero consultor en Williams Proyectos Especiales, centrado en la última evolución del Laguna del BTCC. Su retorno a la Fórmula 1 se fraguó con Asiatech, compañía de la que fue director técnico en el desarrollo de los motores que montaron Minardi y Arrows.

De nuevo fuera de la Fórmula 1, fue fundador, director general y presidente de BCN Competición, un equipo que participó durante dos años en Fórmula 3000, otro más en la Fórmula 3 española y cuatro temporadas más en GP2, antes de vender la estructura a los portugueses de Ocean en 2008. Desde entonces trabaja como consultor freelance, con trabajos en equipos de FIA GT y diseños incluso de helicópteros ligeros.

Timoteo Briet (Castellón, España, 1966) es Licenciado en Matemáticas y Doctorando en Ingeniería Industrial por la Universidad de Nebrija. Ha trabajado en GP2 y F3 y participado en innumerables proyectos de diseño y optimización de coches (Fórmulas monoplazas para circuito, coches de Rallys, Deportivos, Coches turismo), de igual forma ha participado en optimización de motos de competición (125 cc de Aprilia – 2009), también en el diseño de autocares de largo recorrido y bajo consumo con Tata Motors. Pertenece a un grupo de investigación sobre aero-post-rig, Lap Time y Ecuaciones de Navier Stokes. Ha sido Profesor en Másters de Ingeniería de Competición en España, Sudamérica y (Le Mans) Fancia, y actualmente es Coordinador del "MÁSTER EN INGENIERÍA DE VEHÍCULOS DE COMPETICIÓN" en la Universidad de NEBRIJA en Madrid.

Vía Cdthef1.com

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