Novedades técnicas F1 2014 - Cajas de cambios

Buenas noches. Hoy os traigo un nuevo episodio de la serie de novedades técnicas para la temporada de Fórmula 1 de 2014, no sin antes mencionar un par de cosas. La primera es que hemos de recordar que pasado mañana, miércoles 19, comienzan los segundos tests de pretemporada, esta vez en Bahrein, donde debemos estar muy atentos a qué cosas va a intentar hacer cada equipo y a ver qué modificaciones han realizado en los coches desde Jerez. Es curioso que esta temporada no toque Barcelona, circuito que ha albergado tests de pretemporada casi todos los años. La segunda es una rareza que he visto en Twitter, al parecer Carlos Sainz Jr encontró una foto que había subido un usuario en la que se podía ver a Carlos Sainz padre junto a Ayrton Senna en una de las galas de final de temporada de la FIA. Posiblemente los mejores en sus disciplinas por aquella época, la imagen es realmente impagable. No he podido enlazar aquí la imagen pero sí os voy a poner el enlace para que la podáis ver:

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Después de esta introducción no relacionada con el objetivo de la entrada vamos a pasar a comentar las novedades que introducirán las cajas de cambios de los monoplazas de Fórmula 1 de 2014. Me ha sorprendido ver lo poco que se ha hablado de la nueva normativa sobre este aspecto, cuando estoy convencido de que ha sido uno de los mayores quebraderos de cabeza de los ingenieros durante esta pretemporada. Antes de adelantar acontecimientos expliquemos qué es una caja de cambios y para qué sirve (si sois grandes aficionados al deporte del motor podéis obviar este párrafo puesto que comprendéis perfectamente cómo es una caja de cambios pero sí lo quiero contar de forma que se pueda entender el concepto básico, de todos modos este artículo va a ser bastante técnico). Es la encargada de enviar la fuerza que produce el motor a las ruedas junto con el sistema de transmisión. Consta de dos ejes: primario y secundario. El primario está conectado al cigüeñal del motor a través del embrague y el secundario se conecta al sistema de transmisión. Ambos ejes se comunican mediante engranajes, que son pares de ruedas dentadas. Una caja de cambios posee varias ruedas dentadas en cada eje, posibilitando diferentes combinaciones para comunicar los ejes. Cada una de estas combinaciones es lo que denominamos marcha, solo una está activa en cada momento y el piloto es quien decide cuándo cambiar a otra marcha en función de su habilidad de pilotaje. Desde ese punto de vista el concepto es el mismo que para la caja de cambios de un coche de calle.

Esto es lo más básico. El efecto de la caja de cambios viene determinado por la marcha que se seleccione. Si la rueda del eje primario (conductora) posee menos dientes que la del secundario (conducida) entonces las ruedas del coche girarán más lentas que el motor pero el par que recibirán será mayor. La variable que determina la transmisión es la rt (relación de transmisión), que sale de dividir el número de dientes de la rueda conductora entre el de la conducida. Cuando este número es bajo, como en el caso que acabamos de proponer, se entiende que estamos en una marcha corta. Suelen ser las primeras velocidades y son las que usamos cuando el coche va despacio, puesto que las fuerzas que se oponen al movimiento del coche son rozamientos y se requiere un par elevado para vencerlos. El caso opuesto es una relación de transmisión alta (rueda conductora más grande que rueda conducida), en el que las ruedas del coche girarán a alta velocidad pero el par que se aportará será pequeño. Suelen ser las últimas velocidades y son las que usamos cuando el coche va rápido puesto que no es necesario aportar mucho par ya que el coche está cerca de su máxima velocidad, solo el justo para vencer a la resistencia aerodinámica. Estamos hablando de las marchas largas. Un fabricante puede elegir las combinaciones rueda conductora-conducida que desee para cada marcha (relaciones de cambio) e incluir todas las marchas que se quieran. Los coches de calle tienen habitualmente cinco o seis marchas. Los camiones suelen necesitar muchas marchas, más de diez, puesto que necesitan mucho par para moverse y esto se consigue con marchas cortas.

Ahora enfoquemos las relaciones de cambio desde el punto de vista de la conducción deportiva/competitiva. Si os gusta conducir vuestro coche de calle con carácter deportivo debéis usar marchas cortas puesto que es donde conseguiréis mayor respuesta del motor (al manejar un mayor par). La cosa se complica si estamos ya hablando de competición (realmente podríamos aplicar lo siguiente tanto a rallies como a circuitos). Creo que hemos dejado claro que con marchas cortas conseguimos mayor entrega de potencia en las ruedas, luego basándonos solamente en eso deberíamos usar relaciones de cambio lo más cortas posible. Sin embargo hay un problema, es obvio que el motor no puede superar unas ciertas revoluciones si no lo queremos dañar. Una marcha corta entrega mucha potencia pero hace girar al motor muy deprisa. Esto ya es un problema pero aún no hemos llegado a lo importante. Una vez que llega el momento de cambiar hemos de poner la marcha siguiente. Si las marchas son cortas el coche tendrá una aceleración rápida pero en un circuito seguramente se llegue a un punto en el que estemos en la marcha más alta y no podamos aumentar más las revoluciones del motor, limitando nuestra velocidad máxima, todos sabéis que la velocidad punta es una variable importante en competición luego no podemos subestimarla, unas marchas demasiado cortas comprometen y mucho la velocidad punta. Entonces hemos de buscar un equilibrio entre aceleración y velocidad punta. Análogamente hemos de buscar un equilibrio entre marchas cortas y marchas largas (evidentemente si las marchas fuesen largas el efecto sería el contrario, tardaríamos mucho en acelerar el coche pero la velocidad que lograríamos sería muy buena). Todo el párrafo que acabo de soltar suele ser resumido por los ingenieros en un gráfico que relaciona la velocidad de giro del motor con la velocidad del coche.

Si vamos siguiendo la gráfica vemos lo que estábamos diciendo. Cuánto más corta es la marcha más rápido se ganan revoluciones (pendiente de la recta). En la imagen tenemos un ejemplo con siete marchas. Cada marcha es una de las líneas rectas que se aprecian (sin considerar los cambios de marcha, que son los saltos verticales de una línea a otra). Si modificásemos las relaciones de cambio variaríamos las pendientes de las rectas y, consecuentemente, los puntos de cambio de marcha. Acortar marchas aumentaría la pendiente de las rectas (fijaros en que siempre se cambia a las mismas rpm) pero consecuentemente la gráfica acabaría más a la izquierda, es decir, con menos velocidad. Alargar marchas nos haría cambiar más tarde pero llevaría la gráfica más a la derecha (más velocidad). Se trata de encontrar las relaciones de marcha que nos permitan acelerar rápido sin comprometer la velocidad punta (o tener velocidad sin comprometer la aceleración, según vuestra filosofía). Normalmente con modificar alguna marcha es suficiente, la que en F1 tiene más fama es la séptima y última porque tocando solo esa modificamos la velocidad punta sin comprometer el resto de marchas.

Históricamente en la F1 no había ningún tipo de limitación sobre las cajas de cambio. La primera vez que se restringieron fue en el año 2008, en el que se prohibió cambiar la caja de cambios hasta que no hubiese completado cuatro grandes premios, sin embargo sí se permitía modificar las relaciones de cambio siempre y cuando no se tocasen los sellos de la FIA cuya rotura significaría una penalización de cinco puestos en la parrilla de salida. Posteriormente se pasó a prohibir el cambio de la caja de cambios hasta haber completado cinco carreras junto con restricciones a la hora de modificar las relaciones de cambio, permitiendo solo ajustes menores. La normativa para 2014 sobre las cajas de cambios es algo realmente sin precedentes en la Fórmula 1. Ha quedado terminantemente prohibido alterar las relaciones de cambio en toda la temporada. Esto quiere decir que se deberá correr en Mónaco y Monza con las mismas relaciones de cambio. Para compensar en parte este efecto se ha obligado a fabricar cajas de cambios de ocho marchas. La dificultad que tiene este hecho para los ingenieros es enorme puesto que tienen que pensar qué relaciones de cambio van a funcionar en la mayoría de los circuitos cuando hasta ahora se modificaban en cada carrera. La imagen de la gráfica es de las relaciones de cambio que yo mismo usé en un GP virtual en Bahrein, recuerdo dar como 30 vueltas o así después de afinar el coche para acomodar las relaciones de cambio al circuito. Ahora eso es cosa del pasado, ha de pensarse durante la pretemporada. La idea generalizada que han propuesto los ingenieros es también la más sensata: en cada circuito no se usarán las ocho marchas sino que se seleccionará un bloque: de la 2ª a la 7ª, de la 1ª a la 6ª o de la 2ª a la 8ª. Realmente se están teniendo que comer mucho la cabeza porque la aceleración del coche no solo depende de la relación de transmisión, un coche con mucho drag o con alerones con mucho ángulo va a tener mucha fuerza de arrastre y va a comprometer la aceleración, por poner un ejemplo, así que tienen que usar los datos de pretemporada a la perfección si no quieren encontrarse en el circuito y ver que el coche no solo no acelera como los demás sino que el piloto tiene que cambiar en medio de una curva rápida con el peligro que ello conlleva para la estabilidad del coche.

Como siempre espero que hayáis aprendido algo más sobre la mecánica de los coches y que hayáis comprendido la dificultad que tendrán los ingenieros de los equipos para hacer frente a un mundial con muchos cambios técnicos. Estaremos atentos a las pruebas de Bahrein esta semana y cualquier cosa que nos llame la atención será comentada del modo más exhaustivo posible. Saludos!

PD: Se me olvidó comentar un par de cosas. Por ser el primer año en el que se bloqueen las relaciones de cambio se permitirá una sola vez durante el año modificarlas. Los equipos han de saber aprovecharlo. Además la limitación para sustituir la caja de cambios es hasta que haya completado seis carreras y no cinco como hasta ahora.