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Desde reducir el ‘drag’, hasta permitir aumentar la vida útil del neumático...

Mucho tiempo después de que se pusiera solución a las zonas grises que nos trajeron el F-Duct y el doble difusor, el equipo Mercedes AMG Petronas de Fórmula 1 avivó el interés latente en la innovación cuando una cámara onboard reveló una rareza dentro de la cabina del campeón del mundo: Lewis Hamilton.

El británico fue cazado empujando su volante hacia adelante y hacia atrás y –suponemos– la columna de dirección, mientras completaba vueltas al circuito de Barcelona sobre su nuevo chasis W11.

El DAS de Mercedes F1, acrónimo de ‘Dirección de doble eje’, es primo conceptual del sistema DRS, que se encuentra en la parte trasera del vehículo de Fórmula 1. El DRS es un sistema electrónico activado por el piloto en el volante que aplana temporalmente el alerón trasero en las largas rectas para reducir la carga aerodinámica y la resistencia al aire.

Permitido solo en un número limitado de zonas definidas por la Fórmula 1 en cada circuito, el DRS se implementó como una herramienta para promover más adelantamientos al aumentar la velocidad máxima para los pilotos que se acercan al vehículo que persiguen. Si el perseguidor está a menos de un segundo del perseguido e ingresa en una zona de DRS, el sistema se puede activar presionando un botón: el alerón trasero se abre y la resistencia al aire disminuye, produciendo la velocidad necesaria para adelantar.

Con el DAS, que ya ha sido prohibido para 2021, el equipo Mercedes ha aplicado el pensamiento que esconde el sistema DRS para reducir la resistencia al aire ­de los neumáticos –para ser precisos– causado por la suspensión delantera. A diferencia de DRS, el DAS no está limitado a zonas específicas, sino que está disponible para los pilotos en todo momento.

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Comprender el razonamiento y valor detrás del DRS es fácil. Al eliminar parte de la carga aerodinámica inútil y la resistencia que no ayuda a un Fórmula 1 mientras acelera en recta, el coche va más rápido.

El DAS es un poco más abstracto y produce una ganancia más pequeña que el DRS, pero su valor para reducir la resistencia causada por los neumáticos delanteros contra la superficie de la pista y, en menor grado, la creada por los neumáticos, no debe ser subestimado. No se sabrá la ventaja total que ofrece el DAS hasta que comience el primer fin de semana de la temporada, pues en las pruebas de Barcelona es muy poco probable que veamos a Mercedes liberar todas las capacidades del W11.

A medida que los vehículos de Fórmula 1 se vuelven más similares cada año, se requiere un mayor ingenio para encontrar las más pequeñas ventajas para distinguirlos del resto, y en el DAS, tenemos un caso en el que Mercedes se preguntó si una penalización de rendimiento que viene de mucho tiempo atrás y ya estaba aceptada, enfrentada por los equipos desde los albores del automovilismo, podría resolverse. En las carreras de circuitos, la alineación de los neumáticos delanteros hace que cada lado apunte hacia afuera con unos pequeños grados. Está estandarizado y se llama convergencia.

Y si bien el uso de la convergencia es un aspecto crítico para hacer girar el automóvil, induce al desgaste mencionado anteriormente, que reduce el rendimiento. Al hacer que los neumáticos delanteros se inclinen hacia afuera en las rectas, el aire golpea una mayor superficie de los neumáticos. Si se anulara la convergencia y los neumáticos estuvieran en línea recta, al aire se enfrentaría a una superficie más estrecha y produciría una perturbación menor.

A pesar de ser pequeñas áreas de ineficiencia, dar a Hamilton y Bottas la capacidad de mover el volante y eliminar los aspectos negativos asociados a la convergencia en las rectas, es un avance radical en el diseño de la dirección que ofrece múltiples mejoras.

Para imaginar la fricción y fuerzas que interactúan entre una llanta con convergencia y una carretera en línea recta, piense en un carro de la compra que se empuja por un pasillo. Es probable que en algún momento, una rueda delantera defectuosa comience a tambalearse y gire el carro hacia algún lado, a diferencia de las otras tres ruedas que ruedan suavemente con un mínimo esfuerzo. Esa rueda girada hacia fuera es la que requiere mayor esfuerzo físico para corregir su trayectoria.

Esto, en términos de carreras, es lo que los motores de combustión interna y los sistemas de recuperación de energía se ven obligaos a dominar con la suspensión delantera y los neumáticos ligeramente caídos. En lugar de rodar por las rectas con las llantas en paralelo, la convergencia produce intencionadamente una mala fricción en las ruedas delanteras porque es un componente necesario para las curvas.

La reducción de fricción de neumáticos mediante el uso de una menor convergencia ha sido una práctica habitual entre los equipos de las 500 millas de Indianápolis, donde se hace todo el esfuerzo para que los equipos logren el mejor equilibrio entre velocidad en curva y velocidad en línea recta, para obtener las recompensas del rendimiento óptimo en ambas condiciones.

Ver esta práctica de las 500 millas de Indianápolis aplicada a las carreras de circuito fascina a uno de los grandes ingenieros de la ndycar, Craig Hampson, quién ganó cuatro títulos con Sebastien Bourdais y hoy trabaja como ingeniero de carreras en McLaren, supervisando el programa de la Indycar del fabricante.

Veterano de las 500 millas, Hampson entiende lo que el equipo Mercedes de Fórmula 1 está tratando de aliviar con el DAS, y cree que hay algunas soluciones generadoras de velocidad que podrían proporcionar.

“Me inclino más a decir que es una herramienta de velocidad en línea recta, en la medida en que la reducción de la convergencia que se produce en la recta mejora la velocidad”, asegura Hampson a Road & Track. “También reducirá el calentamiento de los neumáticos delanteros, y por tanto, tendrán una mayor vida útil”.

Hampson tiene otra idea sobre dónde el DAS podría suponer un cambio. “También se me ocurre que tal vez quieran correr con más convergencia de lo que normalmente lo harías para las curvas, lo que ayudaría a girar más el coche, pero nadie hace eso porque tiene un efecto excesivamente negativo en la resistencia al aire en las rectas, lo que perjudica la velocidad punta y la temperatura de los neumáticos”, añade. “Pero si han encontrado la forma de aliviarlo con el DAS haciendo que el problema desaparezca inmediatamente, podría ser una herramienta poderosa”.

Sumérjase en la ciencia del desgaste de neumáticos: el valor de eliminarlos en recta y cómo se combina la intersección de la configuración de la convergencia y la inclinación de los neumáticos delanteros es algo fascinante para Hampson.

“Los neumáticos producen principalmente una fuerza lateral, y esa fuerza proviene del ángulo de deslizamiento de la llanta, que es el ángulo en el que se encuentra la llanta en comparación con la dirección en la que el automóvil va en la pista. También hay un empuje de inclinación, por lo tanto, existe una fuerza lateral debido al empuje desde el ángulo que la llanta está hacia la pista. Por lo tanto, si estamos en Indianápolis y hablamos sobre el neumático delantero derecho, está produciendo fuerza lateral incluso cuando se desplaza en recta. Entonces, cuando se gira el neumático, esa llanta ya no es paralela a la línea central del automóvil y por lo tanto, el eje al que apunta la fuerza lateral, ya no es exactamente perpendicular al eje longitudinal del automóvil. Y así, una parte muy pequeña de ese vector apunta hacia la dirección en que termina desacelerando el automóvil.”

Con la convergencia y el camber actuando como pequeños paracaídas basado en el rozamiento de los neumáticos delanteros, el DAS libera al W11 de esas pérdidas de rendimiento que se suman a una pérdida de tiempo no especificada en cada vuelta.

“Si juntas esas dos cosas, es básicamente una contribución de la fuerza lateral del neumático que resiste el movimiento hacia delante del automóvil”, cuenta Hampson. “Entonces, cuanto más conduces el coche y más fuerza lateral obtienes de ese neumático, en realidad más estás desacelerando el coche. Es lógico cuando lo piensas, ¿verdad? Sabes que vas a hacer fuerza lateral, y por lo tanto, no obtienes nada gratis, así que algo de eso viene con fricción que ralentiza el coche. Pero es porque el neumático ya no está alienado con la dirección en la que va el automóvil."

“Entonces, si puedes lograr girar con menos dirección, menos ángulo de deslizamiento de la llanta, en realidad terminará con menos rozamiento y perderá menos velocidad en cualquier curva por la que los Fórmula 1 pasen. En Indianápolis, los pilotos disminuyen la velocidad en curva aunque estén acelerando a fondo. Es debido a la dirección de los neumáticos, el ángulo de deslizamiento de los neumáticos y el hecho de que la fuerza lateral en los neumáticos está resistiendo el movimiento hacia delante del automóvil. Entonces, si podemos reducir todo eso, vamos rápido para la curva.”

“Mercedes está tratando de hacer lo mismo, Si enderezamos la divergencia y la colocamos en el ángulo correcto para que el empuje de la llanta sea exactamente perpendicular a la línea central longitudinal del automóvil, entonces el automóvil no perderá velocidad.”

Con el DAS, los ingenieros de Mercedes hicieron un trabajo rápido para cuantificar sus beneficios en condiciones reales. Utilizando los datos de rendimiento generados por Hamilton y Bottas con el DAS desactivado, una vuelta de referencia rápida servirá como punto de salida para medir las ganancias de tiempo producidas por el W11 con el DAS habilitado.

Teniendo en cuenta la naturaleza privada de las pruebas junto a otros equipos de Fórmula 1, es de esperar que Mercedes pidiera a sus pilotos que oculten la ventaja de tiempo por vuelta que consigue el DAS, dividiéndolo por secciones en diferentes vueltas. Al hacerlo así, se evita que Ferrari, Red Bull y otros equipos, comparen los beneficios con precisión.

La misma práctica de prueba de vuelta parcial se realiza con o sin DAS. Los pilotos reciben instrucciones de ir rápido en ciertos sectores, donde los ingenieros están esperando feedback, diciéndole al piloto que levante el ritmo en otros lugares para ocultar el rendimiento real frente a los rivales.

Con los datos del DAS en la mano y las vueltas unidas, una simple comparación le ha dado a Mercedes una visión clara del valor real, que se revelará durante el primer fin de semana de la temporada Fórmula 1, el próximo 13 y 15 de marzo en Melbourne, Australia.

“Con el DAS funcionando, la única resistencia que tendrá es la de los neumáticos en el asfalto y la grasa de los cojinetes de las ruedas”, explica Hampson. “De hecho, podrán saberlo observando la temperatura de los neumáticos. Estaban observando todos los sensores de temperatura, las cámaras térmicas, y viendo las diferencias de cuando no usan DAS y la mayor fricción y temperaturas que se generan.”

"El último elemento de interés con el DAS es ahora cómo el sistema es activad y desactivado por los pilotos. Aunque el volante se observó deslizándose hacia delante y hacia atrás, se necesitaría un mecanismo de bloqueo para mantener el volante en su lugar en ambas posiciones, ya que sería imposible dirigir con precisión se permite que la columna se deslice hacia delante y hacia atrás mientras gira en las curvas.”

“Tiene que bloquearse de una forma u otra”, dice Hampson. “Y es mejor que el piloto recuerde volver a colocarlo en la posición correcta o la divergencia no estará como debe para la curva. Solo piensa en las posibilidades. Podrías tener una configuración de dirección de lata velocidad que sea más lenta para evitar que el coche sufra, y una configuración de dirección de baja velocidad para las curvas más lentas, para inducir reacciones más rápidas en el chasis. Hay todo un mundo de cosas que podrías hacer con esto."

Hampson, una de las grandes mentes en las carreras de Fórmulas, saluda a los ingenieros de diseño sin reconocimiento que han encontrado la solución a un inconveniente milenario.

“Hay algunos ingenieros inteligentes en algún lugar de ese edificio gigante de mil personas, ya sean jóvenes o viejos, que merecen elogios por pensar fuera de la norma y tener esta idea. Y me gusta. Porque en realidad no es un sistema tan complicado, pero todos tendrán que luchar para diseñar uno e implementarlo tan rápido como puedan. Eso es doloroso.”

“Y eso es un gasto y… ¿Realmente mejora el espectáculo? Probablemente no, entonces, es exactamente el tipo de cosas que los propietarios y los encargados de establecer reglas quieren prohibir. Pero como ingeniero y aficionado al deporte, creo que es una genialidad. Desearía que hubiera más cosas como esta que pudiéramos hacer.”, concluyó Hampson.

Vía: Road & Track