miércoles, 14 de abril de 2010

Compresibilidad y la suspensión de Red Bull




Voy a intentar exponer una teoría que me lleva rondando últimamente la cabeza en relación a la increíble superioridad de Red Bull en calificación, mucha gente busca soluciones mecánicas, algún aparatejo, o gas que se drena, etc etc, pero todavía no he oído a nadie hablar del líquido de suspensión, lo cual es extraño, el caso es que hay fluidos que, si sabes utilizarlos convenientemente te permiten hacer cosas muy interesantes, como por ejemplo ayudarte a hacer poles.

El problema de este año es que en calificación el coche sale con unos 160 kg menos peso que en carrera, lo que hace que el coche se levante al no tener peso, la suspensión se expande porque no hay combustible que apriete el coche hacia abajo.

Es sabido que el efecto suelo y las inercias de los F1 son óptimas si el coche esta a determinada altura, su variamos esa altura más de la cuenta, sobre todo si la aumentamos, el agarre del coche disminuye, y por tanto los tiempos se resienten.

La pregunta del millón es ¿Cómo hacemos una suspensión que no varíe de calificación a carrera?
La respuesta sencilla sería decir “hagamos mas duros los “muelles””, pero no es tan fácil, porque recordemos que la función de la suspensión es absorber los baches del trazado, si hacemos una suspensión muy dura conseguiremos un coche que mantenga la distancia al suelo si, pero en los baches saltará mas de la cuenta perdiendo mas tiempo del que ganamos con la altura, hay que buscar por tanto un equilibrio entre altura mas o menos constante, que favorece la aerodinámica y demás, y la amortiguación propiamente dicha.

Una vez sabemos donde está el problema vamos a dar unas pinceladas de física, lo siento .

Lo primero es decir que las suspensiones de los F1 funcionan con un fluido determinado, es decir son especiales, no llevan el típico muelle que pueda llevar mi coche, funciona de modo diferente, eso hace que sean mucho mas duras.

Para muchos líquidos el coeficiente de compresibilidad isoterma, es decir cuanto se comprime dicho líquido según vayamos aplicando presión, crece casi linealmente, es decir cuanto mas apretamos mas difícil es comprimir el líquido, aplicando esto y utilizando la definición de compresibilidad obtenemos una gráfica del tipo siguiente:




Vemos que al principio con poco que apretemos el liquido se comprime mucho, pero cuando ya está muy comprimido es muy difícil comprimirlo mas, es lo mismo que pasa en el metro, es fácil sentarse cuando hay poca gente, pero cuanta mas gente hay en el vagón más difícil es hacerse hueco, hasta que llega un punto en elo que directamente no podemos entrar.

Una solución que optimiza el compromiso entre altura y amortiguación seria disponer de una sustancia dentro de los amortiguadores, la cual se comprimiera poco en el rango 620-780 kg, rango de peso de un F1 en carrera, y a partir de ahí las propiedades de dicha sustancia variasen de forma que fuese mas fácil de comprimir, para asi amortiguar correctamente, todo esto en un rango de temperaturas lógico.


Podemos, haciendo un ejercicio de imaginación, encontrar dicho líquido mágico para introducir dentro de las suspensiones de nuestro F1.

Podemos, suponiendo un coeficiente de compresibilidad lineal en nuestro rango de utilización, obtener una curva que relacione el peso del coche frente a su altura respecto a la carretera, de este modo podemos buscar una curva que entre 0 y 160 kg de carga varíe poco y después amortigüe de forma correcta.

No es difícil haciendo los ajustes pertinentes estimar que para un Kb=(10^-5)*P+10^-7, valores que no se alejan mucho de los valores estándar de compresibilidad en líquidos a temperatura ambiente, obtenemos una curva de altura frente a peso del siguiente tipo:



Vemos que en el intervalo 0-160kg la altura varía tan solo 3,6 mm sin embargo en el rango 160-320kg varia 8.6 mm más del doble de lo anterior, el coche es mucho mas duro en el rango de “coche cargado” digamos que el coche distingue entre peso causado por el combustible y fuerza ajercida sobre el piso para tener una suspension dura frente al peso y blanda frente al asfalto, si nos vamos ya al rango de los 1000 Kg de presión el liquido se vuelve casi incompresible, este peso solo se obtiene en las curvas rápidas donde es importante una suspensión lo más dura posible.

De este modo, a principio de carrera tenemos un coche que amortigua bien, y en calificación disponemos un coche casi a la misma altura que en carrera algo mas duro que en carrera (lo cual es bueno en calificación) pero que a partir de los 160 kg de presión, (lo cual se supera ampliamente en cualquier bache a 140 km/h) amortigüe a la perfección.

Ya “solo” falta encontrar un líquido que se ajuste lo más fielmente a estas especificaciones teóricas, si es que existe, se pueden buscar tablas de compresibilidades de distintos líquidos y utilizar el que mas nos convenga siempre que sus demás propiedades tales como temperatura de fusión, campana de coexistencia etc lo permitan, pero eso ya es un mero trabajo de búsqueda.


Desde luego esta solución no es óptima al 100%, el coche vacío es algo mas duro, y está algo mas alto, pero las ventajas son evidentes.

Evidentemente este tipo de cosas son algo que los equipos de F1 saben desde que Mansell se dejó bigote, pero encontrar el equilibrio ideal es lo difícil, pudiera ser que los ingenieros de Adrian Newey hayan dado con cierta ventaja en este apartado, y sea parte del secreto de su éxito.

12 comentarios:

Jon Valle-Iturriaga Albors dijo...

Antonio, genial explicación y, dentro de las muchas especulaciones al respecto, parece super lógica.
Falta hacerse con el líquido mágico y no olvidarse patentarlo.
Algún día conoceremos la realidad; por ahora me apunto tu teoría.

Manuel Ángel Gil dijo...

Excelente reflexión Antonio.

Es realmente interesante, lástima que la Termodinámica me costara tanto de aprobar durante la carrera..jajaja

Ahora fuera de coñas, yo hacía tiempo que me planteaba porque no se podia hacer realmente algo así, con el líquido de la suspenión. SUpongo que el problema de las temperaturas no ayudará tampoco, será dificil controlar esas temperaturas, y los líquidos también son muy vulnerables a ella, pero me gusta la idea.

Te pido permiso para publicar un extracto de esta teoria en mi blog, pues me parece de los más razonable, aunque sólo sea eso, una teoria.

Por supuesto, te pondré el correspondiente enlace, claro.

Un saludo, y gran post.

Antonio dijo...

Mientras que pongas enlace de retroceso no hay problema! un saludo!

Anónimo dijo...

Una suposición teórica diferente. Enhorabuena. Encontrar el líquido 'mágico' después de resolver la maraña de posibles ecuaciones (que den respuesta a todas las variables que en este momento me están rondando por la cabeza) debe de haberles costado, en términos de cálculo y búsqueda, más de un... esfuerzo.

No sé qué decir. Demasiada versatilidad 'veo' en el líquido considerado.

Aun así, a mi edad, he leído tu post con pasión de adolescente. Muchas gracias.

Un saludo.
Fúlguro.

Antonio dijo...

El problema es que se han considerado muchas aproximaciones ideales, perdiendose por el camino mucha informacion, por lo tanto es una mera caricatura de lo que podria ser, solo la experimentacion puede servir en estos casos.

rockero81 dijo...

Genial exposición. Pero hay algo más, porque mantienen el pull-rod? cuando los equipos han cogido el concepto y han dicho: guay pero lo voy a hacer con el push-rod y todos han coincidido en este aspecto, todos con la "V" del morro con conceptos similares pero el pull-rod no lo implementan será por algo, pero Red Bull seguía apostando por él. Puede haber algo en la parte trasera del monoplaza que o necesita espacio o necesita el concepto aerodinámico que permite tener el brazo de sa suspensión más bajo. Yo creo que aunque la teoria de los líquidos puede ser una las soluciones, pueden haber varias combinadas. Yo creo que el depósito de combustible tiene algo que ver y de ahí el espacio que permite el pull-rod.
Una pregunta quizá tonta, es posible que el concepto : volumen/peso + principio Pascal + ingenioso sistema depósito = Regulación de altura por simples principios físicos pero dificiles de llegar a término ???

NachoBCN dijo...

Yo creo que la clave del asunto, es la palabra 'isoterma' y el hecho de que pensemos que esto es fijo o 'dentro de unos valores normales'.

Mi teoría sobre el sistema de RB es que es precisamente esto lo que varían. Es decir. Que han conseguido que variando la temperatura del liquido de suspensiones, se modifiquen la compresibilidad del propio líquido.

Esto realmente es muy facil, lo que es dificil, es hacerlo sin ningún aparato o sistema alimentado (que es lo que prohibe la norma). En esto creo que interviene otra característica especial de los RB. Característica especial que han incorporado este año y que han intentado ocultar hasta el último momento (incluso utilizando pegatinas que simulaban otra cosa). Me refiero a los escapes paralelos al suelo y no dirigidos hacia el aleron trasero.

Cuando Newey (el padre de la criatura) nos salió con este tema, muchos pensamos que era para calentar los neumáticos (el año que viene no estan permitidos los calentadores). Pues ahora pienso que las intenciones son otras.

Antonio dijo...

Pues tienes razon NachoBCN es enfoque bastante interesante.

rockero81 dijo...

Interesante también tu teoria Nachobcn, pero como lo relacionarias con el hecho de que el coche esté cargado/descargado. ¿como se regula la temperatura respecto al peso o en su defecto volumen?.
Porque no es en realidad el valor que lo debe regular todo, el peso? si es que se quiere demostrar que no hay nada mecanico ni electronico que lo regule, la temperatura puede ser pero como se hace el que adquiera una temperatura al estar más cargado y otra cuando está menos?

Glossy dijo...

Hace unas semanas, ante la duda que me surgió ver la rapidez de los Red Bull en clasificación y, por supuesto, esa casi inapreciable diferencia de altura con respecto al suelo, fuese vacío o con 150 Kg, le pregunté a un ingeniero (aviónica, nada que ver con esto). Su respuesta se basaba en una especulación que la semana pasada me explicó. Y curiosamente coincide con tu exposición.

Un saludo y gracias por esta exposición que, parece, se acerca a la realidad.

deTodoUnpoKo dijo...

A la teoría de nachobcn (¿tú también por aquí?) puede que le falte un detalle tan simple como que, para calificación, se mete el líquido a una temperatura determinada (muy frío o muy caliente), que se estabilizaría sóla en las 24 horas hasta la carrera, con lo que presentaría unas características distintas a las de la qualifying, que diría DJ Jaime.

Akhenaph dijo...

Desde mi punto de vista... y sin pensarlo mucho... el liquido de suspensión del que hablas (que supongo que es el que esta dentro del amortiguador) no hace variar en ningún momento la altura del coche.

El liquido de amortiguación hace variar los transitorios de la suspension...


Pero tendria que pensarlo mas.