How Design Formula One

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Dinámica F1, Dynamics

Fuerzas en Recta

Fuerzas en Recta

Dinámica

La adherencia depende de la Fuerza de Rozamiento, que responde a la fórmula

Froz = μ N           siendo Froz, Fuerza de Rozamiento       μ, Coeficiente de Rozamiento     N, Fuerza Normal

En el caso de un Fórmula 1 tenemos cuatro ruedas que, en general y en un instante dado, tendrán distintos valores de μ y de N

FrozT = ∑ Frozi  = ∑ μi Ni                    siendo  FrozT, Fuerza de Rozamiento Total        Frozi, Fuerza de Rozamiento de cada rueda

El Coeficiente de Rozamiento  μi  es función de los materiales en contacto Mat (goma-asfalto), de la Presión P, de la Temperatura T, de la Fuerza Normal N, del Desgaste D (que a su vez es función del tiempo t),…

μi = f ( Mat, P, T, N, D f(t ) )

La Fuerza Normal  Ni  es función, como veremos, de variables; masa m, Fuerza Lift FL, Fuerza Drag FD, Fuerzas de Inercia Fi, Fuerza Centrífuga Fcent y también es función de parámetros geométricos de diseño: batalla o Weelbase Wb (distancia entre ejes),  Track Tr (distancia entre centros de ruedas del mismo eje), coordenadas del Centro de Masas Cm, coordenadas del Centro de Presiones Cp (de FL y FD),

Ni = f ( m, FL, FD, Fi, Fcent, Wb, Tr, Cm, Cp )

Para complicarlo un poco más, la Fuerza de Rozamiento también depende de los ángulos de deriva o deslizamiento, de caída, de convergencia…

Frozi = f ( Ade, Aca, Aco,… )

La Fuerza Normal de cada rueda  Ni = f ( m, FL, FD, Fi, Fcent, Wb, Tr, Cm, Cp ),  la calcularemos por medio de las ecuaciones de la Dinámica:

∑ Fext = m*a     dónde haremos               Fi = m* a            y la incluiremos dentro del sumatorio quedando             ∑Fext  - Fi= 0

∑ Mext = 0

Siendo:

hm,    altura del Centro de Masas respecto al suelo

hp,     altura del Centro de Presiones respecto al suelo

Tr,      Track  (distancia entre centros de ruedas del mismo eje medidos al centro de las ruedas)

Wb,    Wheelbase  (distancia entre ejes)

Wb = Wmr + Wmf          siendo          Wmr y Wmf las distancias horizontales del Centro de Masas a los ejes de las ruedas trasero (Rear, r) y delantero (Front, f)

Wb = Wpr + Wpf             siendo          Wpr y Wpf las distancias horizontales del Centro de Presiones a los ejes de las ruedas trasero (Rear, r) y delantero (Front, f)

Consideramos que el monoplaza está tomando una curva a derechas y está frenando. En el caso que esté acelerando Fi cambia de signo.

Tomando momentos respecto de las ruedas obtenemos las Fuerzas Normales Ni en cada rueda:

Rueda Trasera (r, Rear)           Izquierda (l, Left):      Nrl = (1/2*Wb) (mg*Wmf + FL*Wpf + FD*hp – Fi*hm) + Fcent (Wmf/Wb) (hm/Tr)            Frozrl = μrl * Nrl

Rueda Delantera (f, Front)     Izquierda (l, Left):       Nfl = (1/2*Wb) (mg*Wmr + FL*Wpr – FD*hp + Fi*hm) + Fcent (Wmr/Wb) (hm/Tr)            Frozfl = μfl * Nfl

Rueda Trasera (r, Rear)           Derecha (r, Right):     Nrr = (1/2*Wb) (mg*Wmf + FL*Wpf + FD*hp – Fi*hm) – Fcent (Wmf/Wb) (hm/Tr)             Frozrr = μrr * Nrr

Rueda Delantera (f, Front)     Derecha (r, Right):      Nfr = (1/2*Wb) (mg*Wmr + FL*Wpr – FD*hp + Fi*hm) – Fcent (Wmr/Wb) (hm/Tr)             Frozfr = μfr * Nfr

Frenando interesa que              FL­        FD­  ↑   mg ↓              Wmr / Wmf ­                   Wpr / Wpf  ↓                     hp­  ­    hm  ↓

Acelerando interesa que           FL­  ↑ ­     FD ↓    mg ↓              Wmr / Wmf  ↓                  Wpr / Wpf­ ­                       hp­  ­    hm­   

En Curva interesa que               FL­      ­   FD ↓    mg ↓              Wmr= Wmf=                    Wpr= Wpf=                        hp ↓     hm ↓   Tr­  ↑

En General interesa que         FL­  ↑­      FD ↓    mg ↓              Wmr / Wmf ­  ↑­                 Wpr / Wpf­  ↑­                     hp ↓    hm v   Tr­  ↑­  

Damos prioridad a la frenada sobre la aceleración ya que en frenada se alcanzan valores de 5G (Fuerza G) = 5 * 9,8 m/s^2 = 50 m/s^2, mientras que en aceleración se llega a 1,5 G (Fuerza G) = 1,5 * 9,8 m/s^2 = 15 m/s^2 en la salida (limitado por el rozamiento) y para velocidades más altas es inferior a 1G < 10 m/s^2.

Y damos prioridad a la curva sobre la frenada y la aceleración ya que desestabiliza el monoplaza en sentido derecha – izquierda.

En general lo que es bueno para una situación, es malo para otra, excepto Tr, pero está limitado por la FIA.

Por tanto, lo mejor es lograr un buen equilibrio del coche, es decir que en todos los supuestos las Fuerzas Normales de cada rueda (y por tanto sus respectivas Fuerzas de Rozamiento) tengan valores similares.

Como la FIA no limita la distancia entre ejes, Wheelbase, aumentándola tendremos más sitio para recolocar componentes y adelantar/retrasar el Centro de Masa Cm e intentar bajarlo. Además podemos intentar estrechar el área frontal disminuyéndola y con ello reducir el valor de la Fuerza de Arrastre Drag Force FD, responsable de la velocidad máxima del monoplaza: FD aumenta con el cuadrado de la velocidad FD = f(v^2) y cuando se iguala a la fuerza del motor el coche no puede acelerar más y se alcanza la velocidad máxima.

Vamos a comparar dos prototipos Mod1 y Mod 2 poniendo casi todos los parámetros iguales (se pueden modificar todos los que queramos pero no sacamos ninguna conclusión). Aquí en el ejemplo se ha cambiado alguno/s:

Wmr (m)= 1,300 distancia horizontal del Centro de Masas al eje de las ruedas trasero 1,600

A partir de la simulación CFD a v = 90 m/s calculamos FL y FD a la v  que queramos (V = 80 m/s en este caso).

Introducimos el Radio de Curva y calculamos la Centrifugal Force.

Según el acelerador sacamos la potencia.

Según fuerza de frenado y diferencial las fuerzas a cada rueda. la aceleración del coche, etc.

Con todas las fuerzas conocidas, aplicamos las ecuaciones    Σ Fext = m a = Fi        (N)        Σ Mext = I a = Mi        (Nm)

teniendo en cuenta las transferencias de masas inerciales y calculamos las fuerzas normales en cada rueda Nz

y luego las fuerzas de rozamiento Froz i = μ i N i de cada rueda (los μ i los hemos calculado en la sección neumáticos).

Comparamos el Σ Fext i en cada rueda, tanto en dirección x como en y, con la Froz i de esa rueda para saber si esa rueda patina o no.

Si una rueda (p. e. la Dcha Trasera) patina en x (sentido de la marcha), vemos la posibilidad de que la otra rueda (Dcha Delantera),

sea capaz de absorber el sobrante de  Σ Fext i o no.

Si una rueda (p. e. la Dcha Trasera) patina en y (sentido lateral), vemos la posibilidad de que la otra rueda (Izqda Trasera), sea capaz de absorber el sobrante de  Σ Fext i o no.

Cuando hemos realizado todos los ajustes vemos si solo patina una rueda o varias o ninguna.

Cuando un F1 frena con algo de curva (curva de gran radio casi recta) es muy fácil bloquear una rueda ya que apenas tiene apoyo en esa rueda:

la normal Ni de esa rueda es muy pequeña y por tanto la Froz.

 

En este vídeo podéis ver lo que pasa al modificar los datos de la hoja de cálculo:    

 http://www.youtube.com/watch?v=4bywafYJbgY

 

Como siempre, en rojo los datos que podemos cambiar, el resto son fórmulas que se recalculan automáticamente:

jasf1961 word press Dynamics 1 Centro de masas y de presiones

jasf1961 word press Dynamics 1 Centro de masas y de presiones

jasf1961 word press Dynamics 2

jasf1961 word press Dynamics 2

jasf1961 word press Dynamics 3

jasf1961 word press Dynamics 3

jasf1961 word press Dynamics 4

jasf1961 word press Dynamics 4

Visualización del Mod 1:

jasf1961 word press Dynamics 5

jasf1961 word press Dynamics 5

F1 Frenando

F1 FrenandF1 Acelerando

F1 Acelerando

Vamos a comparar 5 monoplazas distintos que tengan todos los parámetros implicados iguales excepto

Wb = Wmr + Wmf      y             Wb = Wpr + Wpf

El análisis de Dinámica de Fluidos Computacional CFD se ha realizado a v = 90 m/s obteniéndose unos valores de

FL = 12500 N               y  FD = 8500 N.

Para otras velocidades se calcula con el análisis dimensional que predice que KL y KD permanecen constantes.

Para velocidad constante   =>   a = 0 m/s^2 y vemos que se obtienen los mismos resultados “FRENANDO en curva” y “ACELERANDO en curva

Aquí se comparan 5 Modelos en total (5 frenando + 5 acelerando):

En este ejemplo solo se ha modificado Wmf, distancia horizontal del Centro de Masas al eje de las ruedas delantero  

Dinámica Wheelbase 1
Dinámica Wheelbase 1

Frenando a 3G = 30 m/s^2 y acelerando a 5 m/s^2 a una v = 80 m/s en una curva de radio Rc = 250 m. Calculamos el Rc mínimo y la aceleración máxima:

Dinámica Wheelbase 2
Dinámica Wheelbase 2

A  v = 60 m/s y aceleraciones de 6 y – 6 vemos como ciertos modelos derraparían ya que necesitan un radio mayor:

Dinámica Wheelbase 3
Dinámica Wheelbase 3

En fin, vemos en este caso diferencias apreciables en la rueda Delantera Izquierda de un monoplaza a otro:

Rueda Delantera (f) Izquierda (l, Left): Rueda Delantera (f) Izquierda (l, Left):

Nfl

5.177

4.488

4.046

3.794

3.188

Nfl

4.798

4.109

3.635

3.344

2.692

μfl

178%

187%

193%

197%

205%

μfl

183%

192%

199%

203%

212%

Frozfl

9.190

8.400

7.823

7.469

6.548

Frozfl

8.772

7.909

7.237

6.794

5.715

Y el que más adherencia tiene es el 1º de WB =3,80 m (el más largo) y Wmr = 1,80 m (centro de gravedad más atrasado).

En esta curva puede ir más rápido, pero también castigará más este neumático que los otros monoplazas: lo que más interesa es ir rápido pero desgastando todos los neumáticos por igual dentro de lo posible, ya que excepto Suzuka que es un ocho, el resto de circuitos tienen casi todos sentido horario y por tanto se degradarán más los izquierdos que los derechos. Aun así, interesa que el delantero izquierdo y el trasero izquierdo se gasten por igual, para alargar la parada en boxes lo máximo posible (no sirve de nada tener tres en buen estado si el más solicitado lo tienes hecho polvo).

Estos cálculos en Excel están bien, pero la cantidad de supuestos (combinaciones de velocidades, aceleraciones, radios de curva y resto de parámetros) hacen tedioso sacar conclusiones. Para una curva a velocidad constante sirve, pero normalmente se entra frenando y se sale acelerando con trayectorias que podemos aproximar a una parábola. Al ir frenando/acelerando la velocidad instantánea cambia y hay que recalcular todos los parámetros, por ejemplo cada 0,1 segundos.

Partiendo del vértice de la curva 1  (v = cte) vamos acelerando hacia la salida, la trayectoria parabólica hace que el radio sea variable. Si en la simulación matemática nos salimos del circuito habrá que repetir el proceso con una aceleración menor para no salirnos ( la fuerza de rozamiento es un vector de dos componentes, de tal forma que si aumentamos una componente tenemos que disminuir la otra ya que la suma vectorial tiene el valor límite que estamos calculando. Dicho de otra forma: si gastamos la fuerza de rozamiento en la aceleración Fi = m * a (componente X en la dirección de la marcha) estamos disminuyendo la otra componente Y en sentido transversal a la marcha que es la que se opone a la fuerza centrífuga Fcent = m * v^2 / Rc. Para disminuir Fcent tenemos dos opciones: frenar (disminuir v) o aumentar Rc (nos salimos del circuito). Matemáticamente decimos que se tiene que cumplir

(Fi^2+Fcent^2)^0,5  <  Froz             . Al ir acelerando         v1 va aumentando.

Para calcular la frenada es todavía peor, tenemos los mismos problemas anteriores y otro añadido: no sabemos cuándo tenemos que empezar a frenar. Lo solucionamos yendo “marcha atrás” como si estuviéramos rebobinando una cinta de video: partimos también del vértice de la curva 2  a  v = cte  vamos acelerando (con el valor de la aceleración de frenada que es muy superior en valor absoluto a la aceleración “marcha adelante” – la que proporciona el motor-). Es decir hacemos lo mismo que en el caso anterior, pero hacia atrás. También aquí v2 va aumentando.

Tenemos  Curva 1           Recta 1                 Curva 2

Si la Recta 1 es suficientemente larga como para alcanzar la velocidad máxima( recta de meta), ir un rato a esta vmax ( limitada por FD) y luego frenar, el problema está resuelto.

En caso contrario (recta pequeña, caso habitual) el punto donde hay que dejar de acelerar y empezar a frenar es aquel que donde las velocidades v1 y v2 se igualan. Es decir, al analizar la curva 2 rebobinando también vamos aumentando la velocidad. Tendremos que calcular el espacio Sp1 y Sp2, sumarlos y si coincide con la distancia entre ambos vértices de curvas 1 y 2, tenemos la solución. O sea, que tenemos que hacer los cálculos de ambas velocidades instantáneas v1 y v2 en paralelo, calculando los espacios Sp1 y Sp2 en paralelo y su suma. Si v1 < v2 iteramos para v1 hasta que v1 > v2, ahora v2 < v1, pues iteramos para v2 hasta que v2 > v1. Así hasta que el espacio entre vértices de curvas sea = Sp1 + Sp2.              Sencillo ¿ no ?.

En la sección Motor Engine Design, hemos calculado la aceleración que proporciona el motor en función de la velocidad y la marcha engranada, que a su vez depende de la relación de cambio de marcha elegida. Además a baja velocidad dicha aceleración es superior al límite de la fuerza de rozamiento (las ruedas patinarían) con lo cual, debemos comprobar que Fi < Froz (si Fi > Froz limitamos Fi = Froz) . Acelerando Fi es la fuerza del motor Fmot en el siguiente cuadro, en el que se ha supuesto μroz = cte = 1,5 = 150% para no complicar los cálculos:

Dinámica Wheelbase 4
Dinámica Wheelbase 4

Pero teniendo en cuenta la Dinámica, si calculamos el coeficiente de rozamiento μroz, en cada instante con las fórmulas previas, obtendremos los valores de μroz en función de los repartos de pesos.              Mdd1 Cm centrado        Mod5 Cm atrasado.            En parado:

Fuerzas Normales y de Rozamiento en Parado

Fuerzas Normales y de Rozamiento en Parado

Acelerando, para el primer y quinto modelo, tendremos:

En la arrancada (v = 0 – 30 m/s = 108 km/hora) el Mod5 es claramente mejor al tener más carga en el eje trasero  =>  más rozamiento (que limita la fuerza del motor útil en la tracción)  =>  más aceleración.  A partir de  v =40 – 45 m/s  la Fuerza del Motor es menor que Froz y no hay diferencias.

y frenando, para el primer y quinto modelo, tendremos:

Observamos que frenando, el Mod1 aventaja al Mod5 a alta velocidad y se van igualando a medida que ésta disminuye.

En la arrancada (v = 0 – 30 m/s = 108 km/hora) el Mod5 es claramente mejor al tener más carga en el eje trasero  =>  más rozamiento (que limita la fuerza del motor útil en la tracción)  =>  más aceleración.  A partir de  v =40 – 45 m/s  la Fuerza del Motor es menor que Froz y no hay diferencias.

Simulando una carrera Mod5 en la arrancada hasta  v = 60 m/s  ganaría (6,08 – 5,25) = 0,83 segundos  y (208,6 – 191,6) = 17 metros. A partir de aquí, si la velocidad no baja de 45 m/s los dos tienen igual aceleración, pero el Mod1 ganaría en cada frenada una media de + – 0,020 segundos y + – 0,40 metros, por lo que en unas 40 curvas le alcanzaría ( unas 4 vueltas ), siendo  + – 0,2 segundos más rápido por vuelta, pero ¿podrá adelantarlo?

Decíamos que:

Frenando interesa que              FL­        FD­  ↑   mg ↓              Wmr / Wmf ­                   Wpr / Wpf  ↓                     hp­  ­    hm  ↓

Acelerando interesa que           FL­  ↑ ­     FD ↓    mg ↓              Wmr / Wmf  ↓                  Wpr / Wpf­ ­                       hp­  ­    hm­  

Como las diferencias de Wpr / Wpf ( 31% – 26% = 5%) son menores que las diferencias de Wmr / Wmf (90%-32% = 58%) éste parámetro adimensional es más importante en esta simulación y por eso Mod5 es mejor en la arrancada y peor en las frenadas que Mod1.

Frenando interesa que                 Wmr / Wmf ­  ­                   Mod1 con 90%                 gana a   Mod5 con 32%

Acelerando interesa que             Wmr / Wmf  ↓                     Mod5 con 32 %                gana a   Mod1 con 92%

Nos queda calcular el radio variable de las curvas


Termodinamica F1 Termodynamics

Video Engine

Video Engine

http://www.youtube.com/watch_popup?v=N2y77vEKorI&vq=large#t=19             Video Motor Engine

Video Motor

Video Motor

http://www.youtube.com/watch_popup?v=dKSMD4OW8Oc&vq=medium

Motor Funcionamiento

Motor Funcionamiento

Motor Funcionamiento

http://www.youtube.com/watch?v=v_32HS209SM&feature=related

Cilindro Cinematica

Cilindro Cinematica

Cilindro Cinematica

http://www.youtube.com/watch?v=HiE4Zt5Lx9w&feature=BFa&list=ULHiE4Zt5Lx9w

La Termodinámica, en general, tiene por objeto el estudio de las leyes de transferencia de calor en
sistemas en equilibrio.

Una transformación reversible, es aquella para la cual las magnitudes macroscópicas que la caracterizan,
en cada instante, están en la posición de equilibrio termodinámico o infinitamente próximas a él.

Sistemas abiertos, son aquellos que interaccionan a través de la pared que los limita, con flujos
de materia y/o energía, con el medio exterior.

Trabajaremos el estudio del motor como un sistema abierto, con transformaciones reversibles.

La mezcla de aire + combustible la estudiaremos como un Gas Ideal.

El máximo rendimiento Termodinámico del motor (relación entre la energía mecánica aprovechable y la energía aportada por la gasolina) así estudiado ronda el 60%.

En realidad, debido a las irreversibilidades (rozamientos que producen calor no aprovechable), a las pérdidas en la admisión, escapes y refrigeración del motor para que la temperatura no supere valores que destruirían el motor, el rendimiento real está en torno al 30% – 40%.

En el estudio del ciclo Otto como Gas Ideal, hemos tenido en cuenta el Calor de Refrigeración en el estudio del ciclo y por último añadimos las pérdidas por rozamientos mecánicos. Tener en cuenta el Calor de Refrigeración, implica que las transformaciones adiábaticas, isoentrópicas dejarán de serlo, con lo cual hay que hacer las transformaciones pertinentes.

Los cálculos y resultados los podemos ver en el apartado Diseño del Motor

Thermodynamics, in general, aims to study the heat transfer laws in
equilibrium systems.

A reversible transformation, is one for which the macroscopic quantities that characterize
at every moment, are in thermodynamic equilibrium position or infinitely close to it.

Open systems are those that interact through the wall which limits, with flows
material and / or energy, with the external environment.

Engine work study as an open system with reversible transformations.

The mixture of air + fuel the study as an ideal gas.

The maximum thermodynamic efficiency of the engine (the ratio of usable mechanical energy and the energy from gasoline) and studied around 60%.

In fact, due to irreversibilities (heat-producing friction unusable), losses in the intake, exhaust and engine cooling so that the temperature does not exceed values ​​that would destroy the engine, the actual yield is around 30% – 40%.

In the Otto cycle study as Gas Ideal, we have considered Refrigeration Heat in the study of the cycle and finally add mechanical friction losses. Consider Refrigeration Heat implies that adiabatic transformations, cease to be isentropic, which must make relevant changes.

The calculations and results we can see in section Design Engine.

Ciclo Otto 2

Ciclo Otto 2

Ciclo Otto 3

Ciclo Otto 3

Relaciones Isoentropicas

Relaciones Isoentropicas

Ciclo Otto Eficiencia

Ciclo Otto Eficiencia

Ciclo Otto 6

Ciclo Otto 6

Ciclo Diesel

Ciclo Diesel

Ciclo Diesel Eficiencia

Ciclo Diesel Eficiencia

Ciclo Otto Diesel

Ciclo Otto Diesel

Ciclo Otto Diesel Eficicencia Comparativa

Ciclo Otto Diesel Eficicencia Comparativa

4-Stroke-Engine

Ciclo Otto

Ciclo Otto

220px Ciclo Otto

220px Ciclo Otto

Ciclo Otto Exacto

Ciclo Otto Real

Ciclo Otto Real

Engine

Engine

Engine

Turbo

GARRETT TURBO

GARRETT TURBO

Temperatura Escapes

Temperatura Escapes

Temperatura Escapes

Temperatura Neumaticos

Temperatura Neumaticos

Temperatura Neumaticos

Temperatura Pontones

Temperatura Pontones

Temperatura Pontones

Formulas Termodinamicas

Formulas Termodinamicas

Turbulence Kinetic Energy

Turbulence Kinetic Energy

Temperature Escapes

Temperature Escapes

Temperature

Temperature

F1 Turbulent Viscosity
F1 Turbulent Viscosity

F1 Total Pressure

F1 Total Pressure

F1 Entropy

F1 Entropy


Curiosidades Curiosity F1

(más…)


Enlaces de interés F1

Enlaces de interés

Fibra de Carbono

http://www.youtube.com/watch?v=ry9uiP2I6kQ&feature=player_embedded#!

El motor V-12 más pequeño del mundo

http://www.youtube.com/watch?v=3YfTtGCsiD8&feature=player_embedded

http://www.youtube.com/watch?v=3YfTtGCsiD8&feature=player_detailpage

Neumáticos

http://www.tecnun.es/automocion/proyectos/neumaticos/Documento%20N2-MEMORIA.pdf

 http://f1revolution.com/2009/02/introduccion-a-los-neumaticos-2/


http://www.zonagravedad.com/modules.php?name=News&file=article&sid=741&mode=thread&order=1&thold=0


http://formula1home.wordpress.com/articulos/los-neumaticos-en-la-f1/

http://www.carrilanas.com.es/Doc3.pdf

Búsqueda y optimización Airfoils de perfiles alares:

http://www.airfoildb.com/foils/search

Aerogeneradores, eólica:

http://www.motiva.fi/myllarin_tuulivoima/windpower%20web/es/tour/wres/guidep.htm

http://www.motiva.fi/myllarin_tuulivoima/windpower%20web/es/tour/wres/pow/index.htm

http://www.motiva.fi/myllarin_tuulivoima/windpower%20web/es/tour/econ/econ.htm


Definiciones F1

Definiciones

Partes de la Carroceria 1

Partes de la Carroceria 1

Partes de la Carroceria 2

Partes de la Carroceria 2

Alerón delantero – Formado por diferentes planos, flaps y winglets, es el primer elemento, cronológicamente, a la hora de definir la eficiencia aerodinámica de un monoplaza, ya que gestiona el flujo de aire alrededor del coche. Además de generar carga aerodinámica en el tren delantero, debe conseguir que el flujo sea lo más limpio -y eficiente- posible, evitando turbulencias en los neumáticos y brazos de suspensión.

Aquaplaning: Cuando hay más agua entre los neumáticos y la carretera de la que puede ser desplazada por la banda de rodadura de neumáticos, el coche “flota” y, por consiguiente, no puede ser controlado por el piloto. Las carreras de Fórmula 1 se pueden detener si existe el peligro de aquaplaning. En condiciones muy húmedas, el coche de seguridad se utiliza generalmente para mantener los coches a una menor velocidad.

Beam wing – Estructura inferior del alerón trasero que actúa como plano aerodinámico de un modo similar a cómo lo hace el superior principal. Generalmente, recorre toda la anchura del alerón trasero y, en ocasiones, se divide en dos al situarse a la misma altura que la estructura antichoque. Poco a poco va tomando protagonismo, ya que es uno de los elementos susceptibles de recibir los gases de escape.

Blistering – : Formación de ampollas en los neumáticos, causado por un uso excesivo. La consecuencia negativa es la reducción en el agarre.

Sobrecalentamiento en la parte interior del neumático, lo que provoca que la goma se separe de la carcasa y se formen ampollas en la banda de rodadura. Las causas de ese calentamiento pueden ser múltiples: un pilotaje demasiado agresivo en aceleración o en frenada, una presión muy elevada sobre los neumáticos en curvas rápidas y/o de radio largo o, incluso, una mala elección del compuesto a utilizar o una errónea puesta a punto.

Boat – Es el penúltimo elemento que recibe el flujo aerodinámico que llega bajo el morro y canalizado por los diferentes elementos aerodinámicos presentes entre el alerón delantero y el cockpit. Alimenta a los pontones y, en parte, al fondo que se encuentra bajo los mismos, ayudado por los deflectores laterales.

Briefing: En la reunión con los pilotos y los representantes de sus equipos, convocada por el director de carrera antes de cada Gran Premio, los debates actualmente se centran en cuestiones tales como las características especiales de la pista o cambios en las reglas o el formato del fin de semana. En los Briefing del equipo, el director de equipo, los ingenieros y pilotos establecen las estrategias para cada día del fin de semana del Gran Premio. La posterior revisión de la jornada de la carrera por este grupo, constituye la base para las futuras estrategias y mejoras técnicas, se llama el “debriefing”.

Camber – Inclinación del neumático respecto a la vertical del eje del mismo de modo que, cuando se toma una curva, la banda de rodadura se equilibra y toma contacto con el asfalto lo máximo posible. A mayor superficie de contacto, mayor agarre, pero también mayor riesgo de blistering por sobrecalentamiento.

Carga Aerodinámica/Downforce – Efecto basado en el principio de Bernoulli que consiste en la generación de sustentación o carga aerodinámica mediante diferencias de presión entre las zonas superior e inferior de un cuerpo.

Caster – Inclinación longitudinal que tiene el eje de pivote que permite el giro de las ruedas por parte de la dirección. Si el avance es grande la dirección se vuelve firme y vuelve con rapidez después de un giro, pero la hace lenta de reacciones. Si el avance es pequeño crea una dirección rápida pero nerviosa.

Centro de Gravedad – Punto respecto al cual las fuerzas que la gravedad ejerce sobre los diferentes puntos materiales que constituyen el cuerpo producen un momento resultante nulo. Cuanto más bajo se encuentre este punto, mayor estabilidad tendrá el monoplaza.

Chicane: Una “S”, doble curva cerrada, que reduce la velocidad obligando a los pilotos a pasar a través de ella en fila.

Conducto de freno – Elemento que refrigera los discos y pastillas de freno. Su tamaño es de suma importancia, pues los frenos de carbono deben trabajar a temperaturas muy concretas. Además, provoca mucho drag. En los últimos añós se ha intensificado su uso como generador de carga aerodinámica.

Cockpit: Es el espacio donde se sitúa el piloto para conducir el mono-plaza y se trata de una sección del chasis. Cockpit de un Fórmula 1

Deflector/Barge board – Panel de canalización aerodinámica utilizado por los ingenieros para intentar que el aire llegue lo más limpio posible a los pontones.

Difusor – Elemento utilizado durante décadas, ha tomado protagonismo en los últimos años debido a su perfeccionamiento aerodinámico. Se trata de un elemento situado en la parte posterior del fondo del coche -bajo el alerón trasero- que acelera el flujo aerodinámico al modificar el diferencial de presión entre la parte superior e inferior del coche. Cuanto mayor sea su tamaño y más aire reciba, mayor carga aerodinámica generará. Además genera muy poco drag, convirtiéndose en uno de los elementos preferidos por los ingenieros.

Drag/Resistencia – Fuerza que sufre un cuerpo al moverse a través del aire, oponiéndose al avance del mismo. Como regla básica, a mayor downforce, mayor drag.

Downforce: La fuerza que empuja el coche hacia abajo, permitiendo que el vehículo se «agarre» a la superficie de la carretera.

Drive-through penalty: Es una penalización que requiere que el piloto entre en el pitlane y pase a través de él, mientras obedece su límite de velocidad, y vuelve a la pista sin parar. No está permitido que se detenga.

DRS – Drag Reduction System o, lo que es lo mismo, sistema de reducción de drag instaurado en 2011 en el alerón trasero. Se trata de un plano móvil activado mediante dispositivo hidráulico o eléctrico que, al actuar, reduce el rozamiento del plano con el aire y proporciona velocidad punta adicional.

Flap Gurney – Aditamento aerodinámico de pequeño tamaño que crea un vacío detrás de sí, obligando al flujo que circula por debajo a llenarlo, generando así carga aerodinámica. Esto se consigue debido a que tras el flap se generan dos vórtices que giran cada uno en una dirección distinta, provocando que el flujo superior e inferior se ‘fusionen’. Existe una variedad del mismo en el difusor denominada Slotted Gurney.

FIA: Federación Internacional de Automovilismo. Organismo que organiza el automovilismo mundial y rige la inmensa mayoría de las asociaciones automovilísticas nacionales.

Flujo laminar – Movimiento de un fluido en el que las partículas se mueven de modo ordenado, estratificado o suave. Las láminas del fluido se mueven en paralelo sin mezclarse unas con otras.

Flujo turbulento – Movimiento de un fluido en el que las partículas se mueven desordenadamente, formando trayectorias similares a las de los remolinos.

Front Bulkhead – Tabique interior en el que termina en su extremo el morro del monocasco, y cuya altura máxima definida por la FIA ha propiciado los morros escalonados.

FOTA: Asociación de equipos de Fórmula Uno, sus objetivos son colaborar en el desarrollo de la Fórmula 1 y trabajar junto con la FIA y el titular de los derechos comerciales para mejorar el espectáculo de este deporte, mientras busca la reducción de los costes y un incremento de los ingresos.Primer comunicado

Graining: Debido al uso excesivo, los neumáticos muestran signos de corrosión y el compuesto de caucho se comienza a desintegrarse. Esto se conoce como Graining. La consecuencia negativa es la reducción en el agarre.

Grip: Palabra mágica para los pilotos e ingenieros de Fórmula 1. Se describe cómo la adherencia del coche a la pista y cómo esto afecta en las curvas rápidas. Una alta adherencia significa altas velocidades en el paso por curva. Los principales factores del grip son la aerodinámica, la carga creada por el vehículo y las propiedades de los neumáticos. Sin grip, un coche comienza a deslizarse o derrapar.

Intake/Snorkle/Inlet – Toma de admisión de aire para el motor, generalmente situada sobre el piloto. También se denomina de este modo a otro tipo de tomas de aire como la que utilizaban los ya prohibidos conductos F. Su fisonomía y tamaño es más importante de lo que parece, pues debe alimentar/refrigerar suficientemente, pero no ser excesivamente grande para no provocar un exceso de resistencia aerodinámica.

KERS – Kinetic Energy Recovery System por sus siglas en inglés, o sistema de recuperación de energía cinética. Recupera la energía no utilizada en el proceso de frenada, trasladándola posteriormente al motor para proporcionar potencia adicional. Suele ser eléctrico (baterías) o mecánico (volante de inercia) y, por reglamento, se utiliza durante 6,67 segundos por vuelta, otorgando una potencia aproximada de 80 caballos.

Morro/Nose – Parte más adelantada del monoplaza (en raras ocasiones sólo superada por el pano principal del alerón delantero) que divide el flujo aerodinámico, además de absorber energía en impactos frontales. Cuanto más alto se diseñe, mayor será el flujo aerodinámico que circula por debajo, aumentando la capacidad de carga aerodinámica.

Paddock: La zona de aparcamiento detrás de los garajes donde todos los equipos tienen sus camiones, recambios y auto caravanas para los pilotos (hoy en día autenticas demostraciones de poderío).

Parc Fermé: La zona donde los coches quedan aislados cuando termina la carrera. Sólo los comisarios pueden acceder a ellos para hacer verificaciones técnicas.

Pit: (Box) Cada uno de los recintos destinados a la asistencia técnica de los vehículos que participan en una carrera.

Pit Lane: Los garajes forman el Pit Lane, que es paralelo a la recta de salida, y está conectado por cada extremo a la pista principal. Al final del Pit Lane hay colocado un semáforo que regula la incorporación de los pilotos a la pista.

Pit wall: Muro de separación entre la pista y la línea de boxes, desde donde los comisarios y los miembros de los equipos pueden dar indicaciones a los pilotos.

Pit Stop: Dejar la carrera un coche para detenerse en el garaje para repostar, poner neumáticos nuevos, hacer reparaciones, ajustes mecánicos, o cualquier combinación de las anteriores.

Pontón/Sidepod – Estructura lateral que, además de ofrecer seguridad ante los impactos, guarda en su interior los radiadores, lastres y otros elementos propios de los Fórmula 1 como las baterías del KERS o los escapes. También cumple una función aerodinámica y su forma define en gran parte la eficiencia de la parte trasera, incluido el difusor.

Pull-rod – Suspensión por tirantes, en la que se genera movimiento de tracción. Sistema más ligero, con menor Centro de Gravedad y aerodinámicamente más eficiente.

Push-rod – Suspensión por empujadores, en la que se genera movimiento de compresión. Sistema más sencillo de diseñar y más resistente.

Rake – Ángulo de inclinación respecto al suelo del eje trasero del monoplaza. Cuanto mayor sea, más cerca del suelo actuará el alerón delantero.

Snow plough – Su traducción literal es ‘quitanieves’ y McLaren lo utiliza bajo el morro desde 2010. Su función es la de canalizar el flujo que discurre por la parte superior del canal existente bajo el morro, a modo de boat miniaturizado. Dicho elemento, permite la eliminación de los turning vanes.

Safety car: Coche que se utiliza para comprobar el estado de la pista, justo antes de comenzar una carrera, y para reducir la velocidad de los pilotos durante el transcurso de la prueba en caso de accidente o en condiciones meteorológicas muy adversas, obligandolos a circular detrás de él hasta que termina la incidencia.

Shakedown: La Federación Internacional del Automovilismo (FIA) autoriza, en la semana previa a un Gran Premio, probar los monoplazas que se utilizarán para la carrera en una distancia de tan sólo 50 kilómetros.

Set-up: En los coches de carreras, el set-up del coche es el conjunto de los ajustes efectuados en el vehículo con el fin de optimizar su comportamiento (rendimiento, manejo, fiabilidad, etc.) Los ajustes pueden hacerse en suspensiones, frenos, transmisión, y muchos otros.

Slick: Estos neumáticos lisos y sin rayas en la banda de rodadura fueron proscritos por la FIA a finales de 1997. Esto se hizo con el objeto evitar el aumento de velocidad máxima – especialmente en las curvas – lograda debido a la mayor adherencia proporcionada por una mayor superficie del neumático. En el 2009 se vuelven a reintroducir en la Fórmula 1, para compensar la reducción del apoyo aerodinámico

Sobreviraje – Fenómeno que se da en un vehículo cuando las ruedas traseras pierden adherencia, provocando que la zaga se deslice hacia el exterior del a curva. Si dicho efecto no se controla, el vehículo girará sobre sí mismo (trompo).

Splitter/Tea Tray – Prolongación del fondo del monoplaza que vuela bajo el cockpit del piloto. Divide el flujo aerodinámico que pasa bajo el suelo y el que circula sobre el boat hacia los pontones. También puede utilizarse para colocar lastre y su flexibilidad está reglada por la FIA. Si lo hace demasiado supone una ventaja aerodinámica al permitir que el alerón delantero se aproxime más al suelo, pero si es demasiado rígido no cumple otra de sus funciones: proteger al fondo y al chasis de los pianos y los baches.

Stint: Cada una de las etapas que realizan los monoplazas entre paradas, para repostar o cambiar los neumáticos, durante la carrera. Se habla de “un stint largo” cuando se dan muchas vueltas sin parar.

Subviraje – Fenómeno que se da en un vehículo cuando las ruedas delanteras pierden adherencia, prococando que la parte delantera no gire y el vehículo tienda a seguir recto en la curva.

Turning vane – Se trata de un deflector más pequeño y más adelantado, generalmente entre las ruedas y el monocasco, en ocasiones integrado en los brazos de suspensión. Su función es la de dirigir el flujo aerodinámico al lugar deseado.

Traction: La capacidad de agarre a la pista, de los neumáticos traseros, para hacer que el coche pueda acelerar.

Undercut – Estrechamiento del pontón en su parte frontal que se extiende hacia la parte trasera del monoplaza.

WMSC: El Consejo Mundial del Deporte Automovilístico (WMSC) tiene la responsabilidad de todos los aspectos del automovilismo internacional. Se reúne al menos cuatro veces al año para decidir sobre las normas, los reglamentos, la seguridad y el desarrollo del automovilismo en todos los niveles, desde el karting a la Fórmula Uno.

Winglet – Alerón de pequeño tamaño que los ingenieros utilizan para generar carga aerodinámica o canalizar el flujo aerodinámico de un modo más limpio.

Wings: Alerones. Dispositivos instalados en la parte delantera y trasera del vehículo que producen carga aerodinámica. Esto permite velocidades más rápidas en el paso por las curvas.

Wishbone – Triángulo de suspensión.

F1-DICTIONARY
ADR Accident Data Recorder.Black Box for Formula 1 Cars
Aerodynamics The study of airflow over and around an object and thus an intrinsic part of Formula One™ car design.
Airflow The movement of air around the chassis of the race car. 
Anhedral The angle between an aerofoil and the horizontal when the wing is inclined downwards from its mounting.
Apex The middle point of the inside line around a corner at which drivers aim their cars.
Appeal Something that a team does on its drivers’ behalf if it feels that they have been unfairly penalised by the race officials.
Ballast Weights fixed around the car to maximise its balance and bring it up to the minimum weight limit.
Bargeboard The piece of bodywork mounted vertically between the front wheels and the start of the sidepods to help smooth the airflow around the sides of the car.
Bernoulli Effect states that the pressure of a fluid (liguid or gas), decreases as the fluid (liquid or gas), flows faster. 
Blistering This is what happens to a tyre, or part of a tyre, when it overheats. Excess heat can cause rubber to soften and break away in chunks from the body of the tyre.
Bodywork The carbon fibre sections fitted onto the monocoque before the cars leave the pits, such as the engine cover, the cockpit top and the nosecone.
Bottoming When a car’s chassis hits the track surface as it runs through a sharp compression and reaches the bottom of its suspension travel.
Boundary layer A layer of static to slow moving air adjacent to the surfaces of a moving body. Friction between the body and the surrounding air holds back the
flow nearest the surfaces, whilst the air further from the body in the mainstream flows past at unabated speed.
Brake balance A switch in the cockpit to alter the split of the car’s braking between the front and the rear according to a driver’s wishes. 
Camber An aerofoil with one surface (top or bottom) curved more than the other side is said to have camber.
Tyre camber is the amount that the top of the tyre leans into, or away from the car.
Track camber is the horizontal angle or curve on a track surface.
Carbon fiber Carbon based composite material,that is strong in tension but reasonably flexible. It can be bound in a matrix of plastic resin by heat,vacuum or pressure. It is strong, light and expensive
Cd Drag coefficient or coefficient of drag. It is determined by the shape and smoothness of shape of the object. In this case the car. 
Cfd Computational Fluid Dynamics.Equations that are known are programmed into computers. The computers provide solutions to the problem of external airflow over vehicle shapes. The body of the configuration and the space surrounding it are represented by clusters of points, lines and surfaces; equations are solved at these points. CFD is divided into three steps. Grid generation, numerical simulation and post-process analysis
Chassis Refers to all mechanical parts of the car attached to the structural frame. 
Chicane A tight sequence of corners in alternate directions. Usually inserted into a circuit to slow the cars, often just before what had been a high-speed corner.
Chord The distance between an aerofoil’s leading edge and its trailing edge.
Clean air Air that isn’t turbulent, and thus offers optimum aerodynamic conditions, as experienced by a car at the head of the field.
Cockpit The section of the chassis in which the driver sits.
Differential A set of mechanical gears that eqaulises the power between the left and right drive wheels, particularly when cornering, when the outside wheel travels
further than the inside wheel.
Diffuser The divergent (expanding) section of a duct which slows down airflow to reduce pressure loss. On an F1 car it is an upswept panel at the rear of the
underbody.
Dirty Air If another car is driving in front, it produces turbulence that can drastically reduce the effectiveness of the front wing. This is the so-called “Dirty air” effect. Under ideal conditions the front wing produces 25% of the cars total down force.
Downforce The aerodynamic force that is applied in a downwards direction as a car travels forwards. This is harnessed to improve a car’s traction and thus its handling through corners. 
Drag The aerodynamic resistance experienced as a car travels forwards
Drive-through penalty Drivers must enter the pit lane and re-join the race without stopping. One of two penalties that can be handed out at the discretion of the Stewards whilst the race is still running.
Flat spot What happens when a tyre is worn through on one spot after a moment of extreme braking or in the course of a spin. This ruins its handling, often causing severe vibration, and forces a driver to pit for a replacement set of tyres.
Force majeure A situation in which a team or driver had no option given the circumstances. Often cited for example if torrential conditions have left a driver or drivers outside the 107% qualifying target in qualifying, and they are duly admitted to the race.
Formation lap This is the last lap before the start of the race when the cars are driven round from the grid to form up on the grid again for the start of the race.
Gravel trap A bed of gravel on the outside of corners with the aim of stopping cars that fall off the circuit there. 
Grip The amount of traction a car has at any given point, thus affecting how easy it is for the driver to keep control through corners.
Ground Effects Downforce created by an a low pressure area between the underbody and the ground, and downforce created by the front and rear wings.
Installation lap A lap done on arrival at a circuit, testing functions such as throttle, brakes and steering before heading back to the pits without crossing the finish line.
Intermediate tyre A tyre that has more grooves and a more treaded pattern than the dry weather tyre, but fewer than the wet weather tyre, and is used in mixed conditions.
Jump start When a driver moves off his grid position before the five red lights have been switched off to signal the start. Sensors detect premature movement and a jump start earns a driver a penalty.
Laminar Laminar flow means the fluid is moving in smooth layers around the object. Air flow becomes turbulent moving from the front to the rear of the car, forced around obstructions such as mirrors, helmets, and rollbars. 
Left-foot braking A style of braking made popular in the 1990s following the arrival of hand clutches so that drivers could keep their right foot on the throttle and dedicate their left to braking.
Lift The upward reaction of an aircraft to the flow of air air forced over the shape of the wing (airfoil). The front and rear wings of ground effect cars are shaped like inverted wings to create downforce or negative lift.
Limit Layer As air is viscous, the air particles are ‘glued’ to the car surface. The next layer of air particles move slowly on these particles. The next layer moves a bit more fast and so on. We call this accumulation of air particles the limit layer.
Now, if the speed of the air through the limit layer is low, the layer maintains its laminar structure. At great speeds, the limit layer makes turbulences and dissintegrates. This breaking of the layer consumes energy and increases the drag factor. However, despite the efforts in the aerodynamic design, the limit layer destruction is inevitable, althought it may be displaced behind the car.
Lollipop The sign on a stick held in front of the car during a pit stop to inform the driver to apply the brakes and then to engage first gear prior to the car being lowered from its jacks. 
Marbles Loose balls of track surface that have been pulled up at the corners by the grippiness of the cars’ tyres. These can then catch out those drivers drifting off the racing line.
Marshal A course official who oversees the safe running of the race. Marshals have several roles to fill, including observing the spectators to ensure they do not endanger themselves or the competitors, acting as fire wardens, helping to remove stranded cars/drivers from the track and using waving flags to signal the condition of the track to drivers.
MMC Metal Matrix Composite (MMC) material developed for Formula One piston .The aluminium and ceramic alloy in question offers a weight saving approaching that of aluminium-beryllium, together with excellent thermal characteristics. Unlike aluminium-beryllium, it has a lot of potential for inlet valve as well as piston manufacture, promising significant gains over titanium valves
Monocoque The single-piece tub in which the cockpit is located, with the engine fixed behind it and the front suspension on either side at the front.
Oversteer When a car’s rear end doesn’t want to go around a corner and tries to overtake the front end as the driver turns in towards the apex. This often requires opposite-lock to correct, whereby the driver turns the front wheels into the skid. 
Paddles Levers on either side of the back of a steering wheel with which a driver changes up and down the gearbox.
Paddock An enclosed area behind the pits in which the teams keep their transporters and motor homes. There is no admission to the public.
Paintwork Both vehicles belonging to a competitor must retain their paintwork throughout the racing season for which they are entering. Any changes have to be approved
by the Formula 1 Commission. Every vehicle must bear the start number of the respective driver; the number must be clearly visible from the side and the
front on a 25 cm TV screen. The manufacturer’s logo must be visible on the front of the vehicle’s nose. The name of the driver must also be printed and clearly
legible either on the bodywork, the outside of the cockpit or the helmet
Parc ferme A fenced-off area into which cars are driven after the race, where no team members are allowed to touch them until they have been passed as legal by the scrutineers.
Pit board A board held out on the pit wall to inform a driver of his race position, the time interval to the car ahead or the one behind, plus the number of laps of the race remaining.
Pit wall Where the team owner, managers and engineers spend the race, usually under an awning to keep sun and rain off their monitors.
Pits An area of track separated from the start/finish straight by a wall, where the cars are brought for new tyres and fuel during the race, or for set-up changes in practice and qualifying, each stopping at their respective pit garages.
Plank A wooden strip that was fitted front-to-back down the middle of the underside of all cars in the mid-1990s to check that cars were not being run too close to the track surface, something that was indicated if the wood was worn away.
Pole position The first place on the starting grid, as awarded to the driver who lapped fastest during qualifying.
Practice The periods on Friday and Saturday mornings at a Grand Prix meeting when the drivers are out on the track working on the set-up of their cars for the qualifying that follows. 
Protest Something that is lodged by a team when it considers that another team or competitor has transgressed the rules.
Races The distance of a Grand Prix corresponds to thenumber of laps that are required to attain theminimum distance of 305 km. This guarantees that allteams participating in each race can becomeaccustomed to roughly the same distance. A Grand Prix
may be cancelled if less than 12 vehicles are available,or if an unforeseeable occurrence three months beforethe event makes it impossible to proceed with the race
Racing line An imaginary line around a circuit that provides the quickest lap time. When turning into a right-handed corner, the quickest line is to enter on the left
side of the track, turn in and ‘touch’ the apex and ease back out to the left side of the track. Opposite for left-handers.
Ride height Synonymous with ground clearance, the ride height can be taken as the size of the gap between a vehicle underside and the ground.
Qualifying The one-hour period on Saturdays in which drivers are allowed a maximum of 12 laps to set the best time they can, with the driver who laps fastest then starting the race from the front of the grid.
Reconnaissance lap A lap completed when drivers leave the pits to assemble on the grid for the start. If a driver decides to do several, they must divert through the pit lane as the grid will be crowded with team personnel.
Retirement When a car has to drop out of the race because of accident or mechanical failure.
Ride height The height between the track’s surface and the floor of the car.
Safety Car The course vehicle that is called from the pits to run in front of the leading car in the race in the event of a problem that requires the cars to be slowed.
Scrutineering The technical checking of cars by the officials to ensure that none are outside the regulations.
Shakedown A brief test when a team is trying a different car part for the first time before going back out to drive at 100% to set a fast time.
Sidepod The part of the car that flanks the sides of the monocoque alongside the driver and runs back to the rear wing, housing the radiators
Slipstreaming A driving tactic when a driver is able to catch the car ahead and duck in behind its rear wing to benefit from a reduction in drag over its body and hopefully be able to achieve a superior maximum speed to slingshot past before the next corner.
Spare car Each team brings an extra car to races, or sometimes two, in case of damage to the cars they intended to race. Also called a T-car (Test-car).
Splash and dash A pit stop in the closing laps of the race when a driver calls in for just a few litres of fuel to be sure of making it to the finish.
Starting grid The starting grid consists of two cars per row in staggered formation, with an interval of eight metres between each row. The driver who set the fastest time will start from the front in the so-called “pole position”, and the others will line up on the grid in the order of the times they have achieved. In the event of a tie, the driver who achieved the time first is given priority
Steward One of three high-ranking officials at each Grand Prix appointed to make decisions
Stop-go penalty A penalty given that involves the driver calling at his pit and stopping for 10 seconds – with no refuelling or tyre-changing allowed.
Tear-off strips See-through plastic strips that drivers fit to their helmet’s visor before the start of the race and then remove as they become dirty.
Telemetry An electronic device which transmits specific data (measurements) to a remote site. It electronically records performance of engine and actuation of controls by the driver. The data is then used as a foundation for determining car setup. After 1993 electronic data could only be received from the car, but no data could be transmitted back to it. However, this ban on two-way telemetry has now been lifted and bi-directional communication is once again allowed.
Tpc Tyre Pressure Control.Tyre Pressure Control permanently monitors pressure and temperature inside all four wheels, warning the driver of possible punctures or tyre defects. The system ensures a higher standard of active safety, greater economy and extra comfort.
Traction The degree to which a car is able to transfer its power onto the track surface for forward progress.
Traction control A computerised system that detects if either of a car’s driven (rear) wheels is losing traction – ie. spinning – and transfers more drive to the wheel with more traction, thus using its more power efficiently.
Turbulence The result of the disruption of airflow caused by an interruption to its passage, such as when it hits a rear wing and its horizontal flow is spoiled
Tyre compound The type of rubber mix used in the construction of a tyre, ranging from soft through medium to hard, with each offering a different performance and wear characteristic.
Tyre warmer An electric blanket that is wrapped around the tyres before they are fitted to the car so that they will start closer to their optimum operating temperature.
Turning Vane Deflectors located between the front wheels and sidepods to direct turbulent flow away from the tunnels. This eliminates a source of turbulent air to the tunnels. Cleaner air to the tunnels creates more downforce
Understeer Where the front end of the car doesn’t want to turn into a corner and slides wide as the driver tries to turn in towards the apex
Undertray A separate floor to the car that is bolted onto the underside of the monocoque.
Venturi A narrow tunnel under the side pod, shaped like an inverted wing. As air enters and is forced through the narrow center,its speed increases, creating a low pressure area between the bottom of the car and the track. This creates a suction effect, which holds the car to the track. 
Venturi Effect: Fluid speed increases when the fluid is forced through a narrow or restricted area. The increased speed results in a reduction in pressure. The underbody venturi is shaped to create a low pressure area between the road and chassis which creates downforce. 
Visualization Complex analysis tool that presents CFD data as an image.
Warm-up The half-hour period on race morning in which the teams and drivers concentrate on the set-up of their cars for the race, running with full tank loads of fuel.
Weighing During qualifying each vehicle will be called in atrandom for weighing. A red light on the approach lane to the pits indicates exactly when the driver concerned is to drive on to the scales. If the vehicle fails to comply with the regulations, it will be excluded from the race by the stewards.
Wind Tunnel A tube like structure where wind is produced usually by a large fan to flow over the test object. The object is connected to instruments that measure and record aerodynamic forces that act upon it
Partes de la Carroceria Alerón Delantero

Partes de la Carroceria Alerón Delantero

Partes de la Carroceria Alerón Trasero

Partes de la Carroceria Alerón Trasero

Partes de la Carroceria Difusor

Partes de la Carroceria Difusor

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Lap Time Vuelta F1

Lap Time Vuelta

Fuerzas Forces Drag Lift Down Friction

Fuerzas Forces Drag Lift Down Friction

Para simular el tiempo de una vuelta, necesitamos conocer todas las variables en función del tiempo: en cada instante cambian, incluso de una vuelta a otra,. en el mismo punto del circuito, cambian el peso, el grip de los neumáticos y esto afecta al resto de parámetros.

Fuerza del motor Fmot, en el eje X

Fuerzas de rozamiento Froz, en el eje Z se han dibujado para el caso de curva. En recta acelerando o frenando estarían en el eje X

Fuerzas de inercia ( Fuerza centrífuga Fcent, en el eje Z  y peso mg, en el eje Y ), actuando en el Centro de Masas Cm.

Fuerzas aerodinámicas ( Lift Force FL, en el eje Y  y Drag Force FD, en el eje X ), actuando en el Centro de Presiones Cp.

Todas las fuerzas son función de la velocidad instantánea.

En un instante dado, t , tendremos una velocidad instantánea v y partir de ella calculamos el resto de fuerzas Fmot, FD, FL, Fcent, Froz, mg

Acelerando:

Fuerzas en X :  Fmot – FD = m ai  =>

ai = ( Fmot – FD) / m

En la salida parada, y en general debemos comprobar que

m ai < Froz (las ruedas patinarían)

Si m ai > Froz hacemos m ai = Froz

Frenando:

Fuerzas en X :  Froz + FD = m af  =>

af = ( Froz + FD) / m

En curva:

Fuerzas en Z:  Fcent = Froz  siendo

Fcent =m v^2 / r

Froz = μ N = μ ( mg + FL )  =>

m v^2 / r = μ ( mg + FL )                  =>

v = ( r μ ( mg + FL ) / m )^0.5


Variables en función de la velocidad

m = mv + mc

mv = 640 kg , masa en vacío (masa del piloto + el coche sin gasolina, según normas de la FIA)

mc , masa de combustible en el instante considerado

mc = mco – mcc ( masa combustible inicial – masa combustible consumida ). En los cálculos del motor hemos calculado el consumo de combustible.

m = mv + mco – mcc = f (v)

FL = CL 0,5 r Axz v^2 = KL v^2 = f (v)  siendo       KL = FLcfd / vcfd^2  (vcfd es la velocidad de simulación del CFD y FLcfd la Lift Force obtenida en la simulación).

FD = CD 0,5 r Axz v^2 = KD v^2 = f (v)    siendo  KD = FDcfd / vcfd^2  (vcfd es la velocidad de simulación del CFD y FDcfd la Drag Force obtenida en la simulación).

Fcent = m v^2 /r = f (v)

μ = 1,80 – N^2 / 10^9   fórmula teórica propia dado que la literatura existente es poco convincente….

μ = f (N), disminuye a medida que aumenta la carga N = mg + FL = f (v)

Para Nmin = 7000 Newton  =>                  μ = 1,75 = 175 %                  Para Nmax = 20000 Newton    =>          μ = 1,40 = 140 %

Froz = μ N = = μ ( mg + FL ) = f (V)

Fmot = f (w, v), como w = f (v) => Fmot = f (v)

Fmot también depende de la marcha engranada, pero se supone que el piloto engrana la marcha más corta de las posibles, a una determinada velocidad, para obtener la máxima potencia y por tanto la Fmot máxima disponible en ese instante.


Prototipos F1

Prototipos

Como diseñar un formula 1

Como diseñar un formula 1

A Caracteristicas F

A Caracteristicas F

Hacemos distintos modelados del F1, a nuestro juicio, variando medidas, alerones, etc, pero siempre cumpliendo con la reglamentación de la FIA y vamos viendo las variaciones de FD, FL y de sus coeficientes CD, CL y su relación

Ea = CL / CD, Eficiencia Aerodinámica, que es el parámetro más importante en este estudio.

Se muestran 3 casos : con Fondo Plano Grande, Con F P Pequeño y Con F P P + difusor.

En este modelado de CFD no se han tenido en cuenta las entradas y salidas de aire en motor, refrigeración y escapes.

La gráfica de curvas muestra la evolución de Ea en los tres casos de estudio y para cada elemento.

Todos los casos se están analizando con el DRS cerrado.

Con los resultados obtenidos en el CFD (FD, Fuerza de arrastre (Drag Force) y FL, Fuerza de Sustentación (Lift Force)) y manteniendo el resto de parámetros (potencia del motor, coeficiente de rozamiento, etc.) excepto los que cambian con el caso analizado como la longitud del monoplaza y su área frontal o planar, calculamos las prestaciones del monoplaza:

Velocidad máxima en recta, condicionada por FD

Velocidad máxima en curva, fuerzas G, condicionadas por FL

y comparamos un monoplaza con otro.

Aunque los resultados del análisis de CFD no sean exactos (que seguro que no lo son), si sirven para comparar un prototipo con otro, siempre que se analicen en las misma condiciones de simulación.

Con los resultados obtenidos se pasa al túnel del viento y por último a las pruebas en pista, que son las únicas reales.

El túnel tampoco aporta soluciones exactas, depende de lo bien que se haya diseñado y construido.

La ventaja del CFD, es que puedes simular sin construir nada. El túnel necesita el propio túnel y por lo menos maquetas a escala (si es a escala 1:1 mejor ya que el análisis dimensional tampoco es exacto).

Como los ordenadores cada día tienen mejores prestaciones, se podrán hacer mallados más precisos, mejorando los resultados. También mejorarán los modelos matemáticos encargados de resolverlos y se conseguirán resultados más precisos. Además (siendo una escudería) se pueden comparar los resultados del CFD con la realidad y modificar los resultados obtenidos mediante CFD con factores de corrección, que puede ser una simple constante (por ejemplo multiplicar los resultados del CFD por 0,8) o una variable que sea función de la velocidad y/o del área Ayz y así obtener unos resultados más acordes con la realidad.

El Siguiente prototipo F1, es igual que el F2, solo cambia la longitud: es 0,5 metros más pequeño.

Los resultados aerodinámicos son prácticamente iguales, pero el balance de masas (que aquí no se estudia) sí puede variar de un prototipo a otro. El más largo permite distribuir mejor las partes mecánicas (poner un elemento más o menos adelantado, ya que hay más espacio, según interese para el balance de masas), pero por ser más largo, hace más dificil los adelantamientos, ya que tienes que ganarle al rival 0,5 metros más…

We modeled the F1 individual, in our view, varying measures, spoilers, etc., but always complying with FIA regulations and we are seeing changes in FD, FL and its coefficients CD, CL and their relationship
Ea = CL / CD, Aerodynamic Efficiency, which is the most important parameter in this study.

Showing 3 cases: with Large Flat Bottom, With FP Small and With FPP + diffuser.

In this CFD modeling were not taken into account the entry and exit of air in engine cooling and exhaust.

The graph shows the evolution curves of Ea in the three case studies and for each element.

All cases are being analyzed with the DRS closed.

With the results of the CFD (FD drag force (Drag Force) and FL, Sustaining Force (Lift Force)) and keeping the other parameters (engine power, coefficient of friction, etc..) Except those that change with the present case as the length of the car and its frontal area or planar, we estimate the performance of the car:

Maximum speed in a straight, determined by FD

High speed cornering, G forces, conditioned by FL

and compare a car with another.

Although CFD analysis results are not accurate (which certainly are not), if used to compare a prototype to another, always to be analyzed in the same simulation conditions.
With the results passed to the wind tunnel and finally to track testing, which are the only real.
The tunnel also provides exact solutions, depends on how well it has been designed and built.

The advantage of CFD is that you can simulate without building anything. The tunnel needs the tunnel itself and at least scale models (1:1 scale if better since dimensional analysis is not accurate).

As computers every day have better performance can be made more accurate meshes, improving outcomes. Also improve the charge of solving mathematical models and get more accurate results. Besides (being a team) can compare the results of CFD with reality and modify the results obtained by CFD correction factors, which may be a simple constant (for example multiply the results of the CFD 0.8) or a variable that is a function of speed and / or area Ayz and get results more in line with reality.

The next prototype F1, F2 Like, just change the length: 0.5 meters is smaller.

Aerodynamic results are almost the same, but the mass balance (not studied here) it can vary from one prototype to another. The longest allows better distribution of mechanical parts (put most or least element, as there is more space, as interest for the mass balance), but by being longer, more difficult to overtake, as you have to beat rival 0.5 meters more …

Como diseñar un formula 1

Como diseñar un formula 1

A Caracteristicas F1

A Caracteristicas F1

A Caracteristicas F2

A Caracteristicas F2

Como diseñar un formula 1

Como diseñar un formula 1

Comparativa de los prototipos:

Comparativa de Alerones:

Vemos que cualquier prototipo con el DRS Abierto se comporta igual  con  los 2 tipos de alerones  traseros  en cuanto a Velocidad  máxima, pero en el paso por curva gana el Airfoil Doble GOE 462  tanto con DRS Abierto como Cerrado.

En el único apartado que gana el alerón Doble S Suave es en Velocidad máxima con el DRS Cerrado.

Comparativa de Prototipos (tienen el mismo motor y distinto diseño aerodinámico):

El F gana por poco en Velocidad máxima  y pierde por bastante en paso por curva .

El F2 gana por poco en todos los aspectos al F1 (F2 = F1  excepto que F2 es 50 cms más largo).

Comparison of the prototypes:
Comparison of spoilers:

We see that any prototype with Open DRS behaves the same with the 2 types of rear spoilers as to maximum speed, but cornering wins Double Airfoil both DRS GOE 462 Open to Closed.

The only section to win the Double S Mild spoiler is in maximum speed with DRS Closed.

Comparison of Prototypes (they have the same engine and aerodynamic design different):

The F wins narrowly in maximum speed and loses pretty in cornering.

The F2 wins narrowly in all respects to the F1 (F2 = F1 except that F2 is 50 cm longer).

Comparativa Prototipos

Comparativa Prototipos


Suspensiones F1

Resortes Amortiguadores              jasf1961@wordpress.com

Los amortiguadores convencionales, en un monoplaza, irían fuera del carenado y empeorarían su aerodinámica. Por tanto se sustituyen por cilindros de gas y las barras estabilizadoras son muy pequeñas y pueden diseñarse a torsión, que es lo habitual, pero también se pueden diseñar a flexión.

Un resorte o muelle responde a un movimiento periódico y un amortiguador a un movimiento periódico amortiguado.

La fuerza de los muelles Fm, varía linealmente con la elongación x (recorrido):

Fm = f (x) = – K x

La fuerza de un Resorte de Gas (no confundir con un amortiguador) varía exponencialmente con la elongación:

F = P A Rcγ  (no es lineal)      (calculado como una compresión adiabática – sin transferencia de calor-)

La diferencia entre un amortiguador de gas y un resorte de gas es que en el primero el gas no fluye libremente ya que se ve obstaculizado por placas con orificios que hacen que retorne a la posición de equilibrio lentamente (amortiguación) cuando cesa la fuerza perturbadora. En cambio en un resorte de gas o en un muelle, teóricamente y suponiendo un proceso isoéntropico y cuasiestático, el resorte gas / muelle se tiraría toda la vida rebotando, es decir, no hay amortiguación o ésta es despreciable.

Las barras estabilizadoras, en una curva, disminuyen la inclinación (balanceo) del monoplaza, transfiriendo fuerzas de la rueda más cargada a la menos cargada del mismo eje, favoreciendo la estabilidad del monoplaza a costa de empeorar la comodidad del piloto (nada es gratis), es decir, rigidizan el F1. Por tanto, la primera aproximación de la dinámica del monoplaza la haremos sin tener en cuenta el efecto de la suspensión:

(resortes + amortiguadores + barra estabilizadora) =>  Monoplaza Rígido

 

Para diseñar resortes (muelle / gas) debemos decidir:

  • La fuerza de diseño máxima que soportará, la cual calcularemos en Dinámica haciendo varios supuestos
  • La carrera o recorrido (elongación) máximo, la cual decidimos teniendo en cuenta que cuanto mayor sea más se balanceará, cabeceará y pivotará el monoplaza.

 

A mayor fuerza de diseño y menor carrera, la suspensión será más dura, más eficaz, en general, pero peor en la absorción de los baches y más incómoda.

Los circuitos se intentan hacer sin baches pero nada es perfecto en esta vida, así que, por este motivo y otros como las velocidades máxima y media del circuito, y número de curvas a una determinada velocidad, se tienen distintas configuraciones de las suspensiones.

Un monoplaza, en parado, tiene una determinada altura entre el fondo plano y el asfalto, que va disminuyendo a medida que aumenta la velocidad (la Down Force aumenta con el cuadrado de la velocidad:  FD = f (v^2) y comprime la suspensión.

Dado que dicha altura determina la eficiencia del efecto suelo, debemos calcular la altura ideal a una determinada velocidad y en función de ello (y otros factores) diseñar las suspensiones.

Cuanto menor sea esta altura, más rápido circulará el aire entre el fondo plano y el asfalto y según Bernoulli, menor será la presión bajo el monoplaza, y mayor será la Down Force, que adquiere un valor máximo en torno a unos 80 mm, según un artículo de Internet (no lo he comprobado con una simulación CFD), y para alturas menores, disminuye FD debido a la viscosidad del aire (rozamientos).

En Internet, como en todas partes, hay información acertada y equivocada, y siempre es bueno hacer todos los cálculos uno mismo (y pueden cambiar de un día para otro: lo que hoy es cierto mañana deja de serlo porque no has tenido en cuenta una fuerza o has despreciado otra que es importante, o has despejado mal una ecuación,…).

En fin, el Set Up del coche es complicado en el circuito y desconcertante a nivel teórico: las previsiones del ingeniero no se corresponden con las sensaciones del piloto…

Por tanto vamos a hacer un análisis sencillo, para ver por dónde van los tiros.

Los resortes de Gas los calculamos suponiendo que la compresión / expansión son adiabáticas (sin transferencias de calor), dado que las variaciones de presión son relativamente pequeñas y suceden rápidamente, no habiendo apenas tiempo para la transferencia de calor:

Compresión Adiabática:  ΔQ = 0       =>      P1 V1^ϒ = P2 V2^ϒ

Relación de Compresión  Rc = V1 / V2  =>          P2 / P1 = Rc^ϒ        = >  Kg (N/m)  varia

En un muelle la Km = cte pero en el resorte de Gas Kg ≠ cte (varía)

Kg varía con la presión y hay que calcularla para cada instante.

A la izquierda se calcula la suspensión con Muelles y a la  derecha con Resortes de Gas.

Como siempre en ROJO los DATOS  y en NEGRO las Fórmulas que se recalculan automáticamente:

Resortes

Resortes

Barra Estabilizadora

Barra Estabilizadora

Suspensión

Suspensión

Fuerzas Normales y Amortiguación

Fuerzas Normales y Amortiguación

 

Vídeo de la hoja de cálculo Excel Suspensión y Amortiguadores:

https://www.youtube.com/watch?v=YgGD-Y7ExXE

 

Masa Suspendida y no Suspendida

Masa Suspendida y no Suspendida

Suspension Push Rod

Suspension Push Rod

Suspension Pull-rod

Suspension Pull-rod

Push-rod vs Pull-rod

Push-rod vs Pull-rod

Push Pull

Push Pull

Centro de Balanceo CIR

Centro de Balanceo CIR

Fondo Plano

Fondo Plano

Diseño Motor MCIA MEC Cálculo del Motor F1

Cálculo del Motor Engine Design  , Engine Design Formula One

          

El motor V-12 más pequeño del mundo   http://www.youtube.com/watch?v=3YfTtGCsiD8&feature=player_embedded

http://www.youtube.com/watch?v=3YfTtGCsiD8&feature=player_detailpage

El motor V-12 más pequeño del mundo

El motor V-12 más pequeño del mundo

Para diseñar un Motor Alternativo de Combustión Interna, MACI, y calcular sus prestaciones: potencia, consumo y resto de parámetros nos basamos en la Termodinámica.

La Termodinámica, en general, tiene por objeto el estudio de las leyes de transferencia de calor en sistemas en equilibrio.

Aplicaremos los principios a Sistemas Abiertos en un Volumen de Control.

Sistemas abiertos son aquellos que interaccionan con el medio exterior, a través de la pared cerrada que los limita, mediante flujos de materia y/o energía.

Analizaremos el Ciclo Otto (motor de gasolina) como si el fluido (aire + combustible) fuera un Gas Ideal.

Supondremos que todas las transformaciones son reversibles.

Una transformación termodinámica es reversible cuando las magnitudes macroscópicas que la caracterizan están, en cada instante, en la posición de equilibrio termodinámico o infinitamente próximas a él.

To design a motor and calculate its performance: power consumption and other of parameters we rely on thermodynamics.

Thermodynamics, in general, aims to study the heat transfer laws in equilibrium systems.

Will apply the principles in Open Systems Control Volume.

Open systems are those that interact through the closed wall which limits, flows material and / or energy, with the external environment.

Analyze the Otto cycle (petrol engine) as if the fluid (air + fuel) was an Ideal Gas.

We assume that all transformations are reversible.

A reversible transformation, is one for which the macroscopic quantities that characterize at every moment, are in thermodynamic equilibrium position or infinitely close to it.

Ciclo Otto

Ciclo Otto Exacto

Ciclo Otto Exacto

4-Stroke-Engine

4-Stroke-Engine

Aplicaremos los principios de la Termodinámica:

Formulas Termodinamicas

Formulas Termodinamicas

Tendremos en cuenta:

Energía que añadimos al sistema:  la aportación de energía de la gasolina.

Energía que sale del sistema:  la que se va con los gases de escape y la refrigeración.

Además, habrá perdidas mecánicas debidas a:

* pérdidas debidas a elementos auxiliares: bomba de  refrigeración, alternador,… y si hubiere (bombas de dirección asistida o servodirección, de frenos,…, compresor para aire acondicionado/climatizador, compresor volumétrico para motores sobrealimentados, etc). Nótese que el turbocompresor apenas reduce el rendimiento ya que aprovecha la inercia de los gases de escape (apenas, ya que teóricamente no reduce el rendimiento aunque en la práctica reduce la velocidad de los gases de escape y por ende aumenta su presión con lo cual el vaciado de los gases de escape se ve perjudicado, si bien el resultado global es positivo).

* al rozamiento (pistón, cilindro, cigüeñal, gearbox, transmisión,…), que se disipan en forma de calor y pérdidas en la admisión, compresión, expansión y escape ya que todo proceso real lleva pérdidas intrínsecas al no ser un proceso perfecto ( isentrópico, cuasiestático,…) como un modelo matemático que se utiliza para el estudio.

En resumen, el rendimiento total del motor ηserá:

η = Energía Mecánica Obtenida / Energía Combustible Aportado

Cálculo del ciclo Otto como Gas Ideal

Analizamos un ciclo mediante transformaciones politrópicas, teniendo en cuenta las pérdidas de calor.

Motor de Combustión Interna Alternativo, MCIA.

Motor de Encendido por Compresión, MEC: el comburente sufre una fuerte compresión tal que al inyectarse el combustible la mezcla se autoinflama.

Motor de Aspiración Natural o Atmosférico.

La relación entre el trabajo obtenido y la energía suministrada es el rendimiento η.

 η = W (J) / [mc (kg) * Pc (J/kg)]  =  Ẇ (w) / [mc (kg) * Pc (J/kg) / t (s)]          =  Ẇ (w) / [c (kg/s) * Pc (J/kg)]

La  Energía Aprovechable   E (J),  Calor Q (J),  Trabajo W (J),  Potencia  Ė (w),  Ǭ (w),   Ẇ (w)  va disminuyendo

  • Combustible                [mc (kg) * Pc (J/kg)]                                                                 [ṁc (kg/s) * Pc (J/kg)]
  • Reacción Química        [mc (kg) * Pc (J/kg)] * ηquí                                                      [ṁc (kg/s) * Pc (J/kg)] * ηquí 
  • Interior Cilindro            [mc (kg) * Pc (J/kg)] * ηquí * ηind                                            [ṁc (kg/s) * Pc (J/kg)] * ηquí * ηind
  • Cigüeñal                       [mc (kg) * Pc (J/kg)] * ηquí * ηind * ηmec                              [ṁc (kg/s) * Pc (J/kg)] * ηquí * ηind * ηmec  
  • Ruedas                         [mc (kg) * Pc (J/kg)] * ηquí * ηind * ηmec * ηtra                   [ṁc (kg/s) * Pc (J/kg)] * ηquí * ηind * ηmec * ηtra

La energía aprovechable va disminuyendo debido a que:

ηquí,  la reacción química no es perfecta

ηind , hay rozamientos fugas

ηmec, pérdidas debidas a rozamientos.

ηtra,   pérdidas debidas a la transmisión

Pérdidas de energía en forma de calor al tener que refrigerar el motor, calor que se va con los gases de escape.

Pérdidas debidas a la bomba de circulación del refrigerante, compresor en motores sobrealimentados, compresor del aire acondicionado, ídem para servodirección, frenos, etc. (si los hubiere).

Ganancia de energía si hay turbocompresor que aprovecha parte de la energía de los gases de escape, intercooler que enfría el aire en la admisión, …

La energía y potencia indicadas debidas a la Fuerza de Expansión, Fp exp de los gases en el cilindro (pistón) son:

W (J)   =   dW (J)       =    Fp exp (N) * dx (m)         =     P (Pa) * Ap (m2) * dx (m)              =          P (Pa) * dV (m^3)

(w) =    d Ẇ (w)   =   dW (J) / dt (s)                   =     Fp exp (N) * dx (m)/ dt (s)           =          Σ Fp exp (N) * v (m/s)

(w) =     P (Pa) * Ap (m2) * dx (m) / dt (s)          =     Σ P (Pa) * Ap (m2) * v (m/s)           =          Σ P (Pa) * dṼ(m^3/s)

La fuerza total en el pistón es la suma de la debida a la expansión por la presión del gas más la inercial:

Fp = Fp exp + F iner

Al transformar el movimiento rectilíneo alternativo del pistón en movimiento circular, también hay grandes pérdidas y la Fuerza del pistón se ve reducida por el ángulo entre eje del pistón y la normal a la manivela del cigüeñal:                    

F tang man     (N) = Fp * cos γ/ cos β = Fp * cos ( 90º – φ - β )/ cos β       (N)

Siendo el Par Motor:      Pm (Nm) = F tang man     (N) * Rman     (m)    =         Fp (N) * vp (m/s) / w (rd/s)

Si W y/o Ẇ los calculamos por el ciclo Otto hablaremos de η termodinámico ciclo Otto como Gas Ideal

Normalmente se calculan a la salida del motor, es decir en el cigüeñal. Si no se han calculado pérdidas por rozamientos, habrá que restárselas.

También hay que restar las pérdidas debidas a bombas, comprensores, etc. Y las debidas a la trasmisión hasta las ruedas …

CALCULOS PRELIMINARES: Cilindrada, Relación de Compresión, Relación Biela/Manivela, Dosado, Rendimiento Volumétrico, etc….

Hacemos una hoja de cálculo en Excel que nos permite visualizar los resultados al modificar un dato (o una fórmula cuando estamos programando).

Analizamos un ciclo mediante transformaciones adiabáticas y teniendo en cuenta las pérdidas de calor.

Introducimos datos del aire, combustible, medidas del motor y hacemos los cálculos preliminares:

A la izquierda Unidades del Sistema Internacional, SI  y a la derecha Uds. habituales, también se anotan algunas fórmulas de cálculo.

En color rojo los datos de entrada

En otros colores: negro, azul,… variables (fórmulas)

We will consider:

Power to add to the system:

* The contribution of gasoline power.

Energy leaving the system:

* Which is the exhaust gas

* To be with the cooling.

There will also be mechanical losses due to friction that dissipates as heat

and losses in the intake, compression, expansion and exhaust since every real process

intrinsic losses leads to not be a perfect process as a mathematical model

used for the study.

In summary, the overall engine performance η, will be:

η = Mechanical Energy Obtained / Energy Petrol Aportada

Calculating Otto cycle as Ideal Gas

We analyzed a polytropic transformation cycle by taking into account the heat losses and assume a loss.

Pc Left and right SI Units usual, are also noted some formulas.

data in red

in other colors: blue black, … variables

Data introduce air, fuel, engine measures …. and calculate:

Hasta aquí hemos llegado.

Hemos calculado el máximo rendimiento posible de una máquina térmica que opera entre dos temperaturas T1 y T3:

Rendimiento Reversible = rendimiento del Ciclo de Carnot:  η rev = 1 – T1 / T3 = 92 %

Rendimiento termodinámico del Ciclo =  η term= Σ Q / Q e = 61 %

No podemos calcular el rendimiento mecánico así que hemos hecho el η efectivo un porcentaje del η termodinámico:

Rendimiento Efectivo = 0,75*ηterm-9E-36*n___nmax^8 

ηcgi=

61%

Rendimiento del ciclo Gas Ideal

η=

40%

 

Rendimiento Efectivo 

 

 

 

 

Cálculo del ciclo del motor grado a grado

Para mejorar estos resultados, (ya que Rendimiento Mecánico Aproximado=0,75*ηterm-9E-36*n___nmax^8 se ha calculado por una fórmula inventada para que proporcione valores acordes a la realidad), puesto que no es posible a partir del Trabajo Indicado por los gases en el cilindro ∆Wi=P∆V deducir el Par Motor (porque la Presión P es variable durante el ciclo y el Par Motor también), analizaremos el ciclo con cálculo diferencial utilizando las posibilidades de cálculo del ordenador dividiendo cada vuelta en 360 º, siendo el ciclo de 720º por ser motor de 4 tiempos (2 giros del cigüeñal).

Tomaremos todos los datos del aire, combustible, etc de la hoja de cálculo anterior y añadiremos grados de apertura, adelantos y/o retrasos de las válvulas de admisión y escape, grados que dura la inyección de combustible, material empleado etc.

Mecánica:

En cada instante calcularemos las posiciones del pistón y ángulos de biela y manivela (cigüeñal) y también sus velocidades y aceleraciones, el Volumen ocupado por los gases en el cilindro…

Dinámica:

En cada instante calcularemos las Fuerzas: de inercia del pistón…

Dinámica de fluidos:

En cada instante calcularemos la masa del gas en el interior del cilindro, la que entra en la admisión y la que sale en el escape…

Termodinámica:

En cada instante calcularemos la densidad ρ, la Temperatura T y la Presión P del gas, la Fuerza en el pistón debida a la presión de los gases en el cilindro (trabajo de expansión)…

También calcularemos la Temperatura de las paredes del cilindro Twall, así como el intercambio térmico entre gas, paredes del cilindro y líquido de refrigeración.                     jasf1961@wordpress.com

Dinámica:

En cada instante sumamos las Fuerzas de inercia del pistón y la Fuerza en el pistón debida a la presión del gas.

Calculamos el Par Motor, Potencia y resto de parámetros.

La secuencia básica de cálculo de variables para Gas Ideal es la siguiente:

φ  b    g  tt    Xp      Vp      Ap      Vtci

∆m     m        ρ         ρ/ρo

∆Qref            ∆Qiny           ∆Qesc            ∆Qtot

∆TgRef         ∆TgAdm      ∆TgIny       ∆TgCom/Exp        ∆TgTot         Tgas   Tgas/To             Twall Twall/To

Cp<1000    Cp>1000    Cp     Cv      C        g         n

P        P/Po            ∆Wexp         Wexp

Ftexpan       Ftinerc        Ftpist            Ftbie  Ftman          Fnman

ParCi   Par1Ci        Par2Ci  Par3Ci      Par4Ci  Par5Ci      Par6Ci  Par8Ci      Par10Ci       Par12Ci             ParMotor

Estudiaremos el ciclo del motor grado a grado, para cada ángulo de giro del cigüeñal, α = φ, desde 0 a 720º = 4 π (rd) (2 giros).

En la bibliografía más extendida se utilizan  α , φ  . Aquí usamos α =  en la teoría y en la hoja Excel  φ (no es por joder…).

Asimismo en Excel utilizamos  γ= π / 2 – α - β  que es el ángulo que forma la Fuerza tangencial de la biela con la Fuerza tangencial de la manivela.

También utilizamos γ  como coeficiente adiabático en termodinámica.

*    En primer lugar hay que hacer un montón de cálculos preliminares (los mismos que hemos realizado anteriormente en Cálculo del ciclo Otto como Gas Ideal:

- Motor y Cilindros   DATOS  y   CALCULOS

- Biela Manivela   DATOS  y   CALCULOS

- Rendimiento Volumétrico   DATOS

- Dosado de combustible de 1 Cilindro   DATOS  y   CALCULOS

- Admisión, Refrigeración y Escapes de 1 Cilindro   DATOS  y   CALCULOS

- Rendimiento Químico Estequiométrico     DATOS  y   CALCULOS

*   Calculamos en función del número de revoluciones por minuto del motor n, el tiempo (s/º) que tarda el motor en girar un grado, ti1º:

n (rpm) = n (ciclos/min) = n 2 π / 60 (rd/s) = n 360 / 60 (º/s) = n 60 (º/s)   =>   Δt = ti1º (s/º) = 1 / (n 60)

Así, por ejemplo, para la máxima potencia tendremos:

nmáx = 18000 rpm  =>  Δt = ti1º = 1 / ( 18000 * 60) = 9,26E-06 (s/º)  segundos que tarda el motor en girar un grado

Cualquier Variación de una Magnitud  Δal girar un grado el cigüeñal significa:

Δ= Mi  – Mi-1         donde M será          el volumen V,      la presión P,       la temperatura T,   etc.

Mi       valor de M en el instante i             grado de giro del cigüeñal i                                   Por ejemplo 137 º

Mi-1   valor de M en el instante i-1         grado de giro del cigüeñal i-1  (grado anterior)            P. e. 136 º

=>   M= Mi-1ΔM

* Como en los datos podemos adelantar o retrasar la apertura y/o cierre de las válvulas, etc., implica que al programar la hoja de cálculo debemos introducir condiciones IF…THEN…ELSE (Excel emplea la función SI que puede anidarse), para que en un determinado grado la hoja haga un cálculo u otro. Por ejemplo, en el caso analizado posteriormente adelantamos la inyección 11 grados (pero podríamos retrasarla), así que hay un mogollón de celdas con uno o varios condicionales SI para que calcule una fórmula u otra, siendo la parte más compleja la zona donde puede haber cruce de válvulas (retraso del cierre de las válvulas de escape y adelanto de las válvulas de admisión).

*    Relaciones cinemáticas entre pistón, biela, manivela:

 x = xp, posición que tiene el pistón respecto del Punto Muerto Superior, PMS

jasf1961-Wordpress Motor MCIA MEC Esquema Básico Mecanismo Biela Manivela.JPG
jasf1961-Wordpress Motor MCIA MEC Esquema Básico Mecanismo Biela Manivela.JPG
  •  v = vp,  a = ap,  velocidad y aceleración del pistón
  •  w, velocidad angular del cigüeñal    Fa, Fi fuerzas de inercia
jasf1961-Wordpress Motor MCIA MEC Relaciones Cinemáticas Mecanismo Biela Manivela

jasf1961-Wordpress Motor MCIA MEC Relaciones Cinemáticas Mecanismo Biela Manivela

* Fuerzas de Inercia

Fuerzas de inercia = Fpis Iner = Σ Fi = =ΣS Fa = Fpis Alt 1º + Fpis Alt 2º + Fman Cent:

Mto. Alterno:         mpb = Masa de (Pistón + Pie de la biela + 2/3 de la caña de la biela)

Mto. Centrifugo:     mci = Masa de (Manivela/Cigüeñal + Cabeza de la biela + 1/3 de la caña)

ri = Distancia del centro de gravedad de mci al eje de giro

Rma = Radio de la manivela del cigüeñal

Fpis Alt 1º = -mpb w2 Rma cos α

Fpis Alt 2º = -mpb w2 Rma λ cos 2α

Fman Cent = mci w2 ri cos α

Como mpb y Rma dependen del diseño, resistencia de materiales etc. actuamos sobre el cigüeñal (mci, ri ) añadiéndole contrapesos:

A la Manivela/Cigüeñal (mci) le añadimos contrapesos hasta que los valores de mci e ri nos equilibren el conjunto:

Fpis Alt Tot MAX ≈ – Fman Cent MAX  (ver gráficos)

y la fuerza de inercia total, Fpis Iner = Σ Fi alcance los valores mínimos posibles (no se pueden eliminar totalmente). Realmente con Fman Cent equilibramos la Fpis Alt 1º (ambas dependen del cos a).

jasf1961-Wordpress Motor MCIA MEC  Fuerzas de Inercia del  Mecanismo Biela  Manivela

jasf1961-Wordpress Motor MCIA MEC Fuerzas de Inercia del Mecanismo Biela Manivela

*    Fuerzas y Par Motor

F = Fa + P Ap               siendo

F, Fuerza en el pistón   Fi = Fa, Fuerza de inercia

P Ap, Fuerza de los gases en el cilindro Ap, Area del Pistón

P, Presión de los gases en el cilindro (INCOGNITA)         

Con las relaciones cinemáticas y dinámicas conocemos todas las variables necesarias para calcular el par, la potencia y resto de parámetros mecánicos excepto la Presión P (tampoco conocemos la masa, densidad, Temperatura y resto de variables termodinámicas). Para calcularlas haremos lo siguiente:

En cada etapa del ciclo (Admisión, Compresión, Expansión y Escape), tendremos en cuenta que las válvulas estén abiertas o cerradas.

*    V, Volumen que ocupa el gas en el cilindro:

ΔV = Ap Δx          siendo          ΔV, variación del Volumen                                Δx, variación de la posición del Pistón

V = Vcc + Ap x     siendo          Vcc , volumen de la cámara de combustión          Ap, Area del Pistón

x, posición que tiene el pistón respecto del Punto Muerto Superior, PMS

x= f (ai)       xi-1  = f (ai-1)          Δx = xi – xi-1                 

V= Vi-1 + ΔV = Vi-1 + Ap Δx              así para todas las magnitudes.  No insistiremos más para no ser cansinos

*    Calculamos para cada grado de giro del cigüeñal la variación de masa que entra/sale del cilindro (Volumen de Control):

Δmtotal = Σ Δm = Δmadmsión + Δminyección + Δmescape      (en la compresión/expansión no hay Δm salvo fugas)

ρ = m / V     siendo         ρ, densidad          m, masa de gas en el cilindro                       V, Volumen que ocupa el gas en el cilindro

*    Y los intercambios térmicos (energía calorífica) que sufre el gas en el cilindro (Volumen de Control):

ΔQtotal  = Σ ΔQ = ΔQrefrigeración + ΔQinyección + ΔQescape

*    Y los incrementos de las temperaturas del gas T    y de la pared del cilindro Twall

ΔTtotal  =  Σ ΔT = ΔTrefrigeración + ΔTadmisión + ΔTinyección + ΔTcompresión/expansión

* (El calor que se pierde por el escape afecta al rendimiento del motor, pero apenas hacer disminuir la temperatura del resto del gas que permanece en el interior del cilindro).                  jasf1961@wordpress.com

Twall = (Tgas + Tref) / 2

La Temperatura media de la pared del cilindro la calculamos como media aritmética de las Temperaturas del gas y del refrigerante, aceite en nuestro caso (F1) o agua (coche normal), en virtud del gradiente de Temperaturas.

* Para hacerlo con más precisión tendríamos que tener en cuenta que los materiales de culata, cilindro y pistón son distintos y que el pistón y la parte del cilindro situada por debajo del pistón, y por tanto variable, están refrigerados por el aceite del cárter. Estas precisiones afectan poco al cálculo del ciclo, pero hay que tenerlas en cuenta en el diseño del motor para evitar gripados, fugas, etc.

*    Y los valores de Cp Aire según fórmulas polinómicas extraídas a partir de las tablas “JANAF”

Cp = f (tablas)         =>          Cv = Cp – R  =>          γ = Cp / Cv           =>       

C = ΔQ / (m ΔT) =>                  n = Cp – C / (Cv – C)             siendo

Cp, calor específico a P cte.               Cv, calor específico a V cte.              γ  , coeficiente adiabático

C, calor específico           n, coeficiente politrópico

* n no se utiliza para los cálculos, se pone a título de información.

Para la mezcla de productos de combustión:

Cp(mezcla) = Σ Cpi Ƞi / Σ Ƞi          siendo Ƞi, Número de Moles de i

*    En cada instante usamos la Ecuación de los Gases – para calcular la presión P a partir de la temperatura T:

Gases Ideales                                              P = ρ R T      

Ecuación de Van der Waals                        P = R T / (( 1/ ρ) – b) – a ρ^2

Ecuación de Redlich / Kwong                     P = (R T/((1/ρ)-b)) – (a/(T^0,5*(1/ρ)*((1/ρ)+b)))

siendo                       ρ, densidad                              R, constante universal de los gases en el SI

ρ = m / V                  m, masa de gas en el cilindro       V, Volumen que ocupa el gas en el cilindro

jasf1961-Wordpress Motor MCIA MEC  Ecuaciones Térmicas de Estado

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*    Conocida la Presión calculamos el Trabajo de Expansión (Trabajo Indicado por los gases en el cilindro):

Wind = Σ P dV      Como  ΔW = P ΔV para 1 grado  =>        Wind = Σ ciclo ΔW = Σ ciclo P ΔV

W ( J )              ( w )                    ( w ) = W ( J ) w (rd/s)

Todos estos cálculos sirven para el primer cilindro. Para el resto de cilindros no es preciso calcularlos, ya que los resultados son idénticos pero desfasados un ángulo en función del Número de Cilindros:

El ángulo de desfase es 720º/ NuCi            en el caso analizado de 8 cilindros 720º / 8 =  90º            por tanto

dW = P dV   del cilindro 1 en el grado 720º   =

dW = P dV   del cilindro 2 en el grado 630º   =

dW = P dV   del cilindro 3 en el grado 540º   =         etc.

  • En la Admisión el cálculo del Rendimiento Volumétrico,

ηvo (relación entre: volumen de aire que realmente entra en el cilindro / volumen del cilindro)

es fundamental para determinar la masa de aire que entra en el cilindro durante la admisión:

Δmadmsión = ρ ηvo ΔV      suponemos  ηvo  constante en todo el intervalo de admisión

ρ no es constante en todo el ciclo, pero en dos grados consecutivos prácticamente lo es y no se comete error.

Rendimiento Volumétrico   DATOS  y   CALCULOS
TAV= 0,0001 s Tiempo  Apertura  Válvula (+ – 10 º   árbol => f(w)/Neumática => cte)  
VeSo= 340 m/s Velocidad del Sonido        
NuVa= 2   Nº Válvulas Admisión ( y de Escape)      
DiVa= 0,038 m Diámetro Válvulas   Dp/4 38 mm
ArVa= 0,0018 m^2 Area Válvulas Admisión y Escape 18 cm^2
LeVa= 0,0005 m Levantamiento Válvula   ArPi/(2*ArVa)*Cp/Rc_ 0,5 mm
ArVL= 0,0001 m^2 Area “lateral” de entrada por Válvulas 1 cm^2
VeAd= 101 m/s Velocidad del aire en la Válvula 1.444 m/s
MaVa 0,3   Nº de Mach en la Válvula      
DeAd= 1,126 Kg/m^3 Densidad del aire en la Válvula    
PeAd= 95.218 Pa Presión del aire en la Válvula    
CoDe= 2%   Coeficiente Descarga  Válvula    
TeAd= 295 ºK Temperatura del  aire en la Válvula    
ReVa= 250.612   Nº de Reynold en la Válvula    
hg= 20.038 w/m^2ºK Coeficiente de película medio del aire en la Admisión Taylor y Toong  
hg= 2.524.095 w/m^2ºK Coeficiente de película instantáneo del aire en la Admisión Woschni  
ηvo= 96%   Rendimiento Volumetrico  

Tendremos en cuenta que al iniciar el ciclo, parte de los gases de escape no se expulsan al exterior, siendo su fracción másica la Relación de Compresión,

Rc:mar = mafa / Rc       siendo          mar, Consumo de Aire Residual (Quemado)mafa, Consumo Aire Fresco Admisión

Rc, Relación de CompresiónConsumo de Aire Residual (Quemado) = Consumo Aire Fresco Admisión / Relación de Compresión.

En esta hoja de cálculo, en lugar de hacer esto, activamos la iteración e inicializamos el ciclo con los resultados de la posición a=720º:

(masa residual de a 0º = masa de a 720º).

En la etapa de Inyección (combustión) tendremos en cuenta el aporte de combustible:

Δminyección = mccº = Cte        ya calculada:       mccº = 0,000002   kg/ º       Consumo Combustible en este ejemplo.

* Por simplificar hemos la hemos calculado como el consumo de combustible del ciclo dividido entre los grados que dura la inyección.

Para mayor exactitud se suele utilizar la Ley de Wiebe.

jasf1961-Wordpress Motor MCIA MEC  Ley de Wiebe

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donde           a = j         es el ángulo de combustión y             jasf1961@wordpress.comx (j) = mccº = Variable   la masa de combustible inyectada en cada grado de giro del cigüeñal.Como tanto                        a        como             m      son parámetros experimentales no utilizamos está formulación.

nºgi 16 º/ciclo Grados de Inyección  
ti1º= 9 E-6 s/º Tiempo de giro de 1 º del motor
mccº 1 E-6 kg/ º Consumo Combustible 0,001 g/ º
ttin= 148 E-6 s/ciclo Tiempo Total Inyección
Piny= 200 E+6 Pa Presión Máxima Inyector < 2e8   2.041 kg/cm^2
Diny= 0,002 m Diametro Exterior Inyector   2 mm
Liny= 0,020 m Longitud Inyector   20 mm
Aboq= 25 E-6 m2 Area de Salida de la Boquilla del Inyector 0,25 mm2
nboq= 2 Número de Boquillas del Inyector £ 2
Vsiny= 4 m/s Velocidad de Salida por la Boquilla del Inyector
mcin= 0,076 kg/s Consumo Boquilla Inyector 76 g/s
Epi= 0,0004 m Espesor Pared Inyector 0,430 mm
Vtiny= 126 E-9 m3 Volumen Total de los Inyectores 126 mm3
Viny= 3,E-08 m3/ciclo Volumen Inyectado 30 mm3/ciclo
ArVa= 0,0018 m^2 Area de entrada por Válvulas 18 cm^2

La gasolina se mide por el índice de octanos:

La normal de 95 octanos se compone de:

95%  de iso- octano        C8H18

5%     de n- heptano       C7H16

C (%):       95 * 8 + 5 * 7         =         7,95

H (%):       95 * 18 + 5 * 16   =         17,90                       =>      C7,95H17,90                      ≈        C8H18           en la práctica

La súper de 98 octanos:

98%  de iso- octano        C8H18

2%     de n- heptano       C7H16

C :       98 * 8 + 2 * 7         =         7,98

H:       98 * 18 + 2 * 16   =         17,96                       =>      C7,98H17,96                      ≈        C8H18            en la práctica

Cuando comienza la inyección, empieza la reacción química de combustión, que en su forma básica es:

Si Fr = 1    =>    C8H18(G) + 12,5 O2(G) + 12 * 3,76 N2(G) = 8 CO2(G) + 9 H2O(G) + 12 * 3,76 N2(G)

Siempre que la mezcla sea la estequiométricamente correcta ( Fr = 1 ).

Calor de Combustión de la Gasolina / Gasoil:

Como vemos a continuación el poder calorífico de las gasolinas normal y súper son prácticamente iguales (que no os vendan motos), sin embargo hay diferencias en la detonación (para motores sin inyección la mezcla puede arder prematuramente, lo cual no es bueno) y en su composición química en cuanto a lubricación que prolonga la vida del motor:

jasf1961-Wordpress Motor MCIA MEC Combustible y Relación Estequiométrica del Dosado

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jasf1961-Wordpress Motor MCIA MEC Calor de Combustión Formación

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Esta ecuación de la reacción química podemos complicarla con óxidos de Nitrógeno ( NO y NO2), cosa que no haremos por sencillez de cálculos, pero para estudiar la contaminación sí hay que tenerlos en cuenta.

Vemos que los productos de la combustión, en orden de presencia son:           

N2, H2O, CO2, CO                                                que se miden en %           

O2, H2, OH, NO, H, O                               que se miden en Partículas Por Millón, PPM           

H2O, NO2, N2O, HNO, N, HN, CHO   que se miden en Partículas Por Billón, PPB           

CHN, CH2O, CN, CH, C2H4, C3H6,….           < 1 PPB

Es decir, analizando solamente  N2, H2O, CO2, CO  (ver cuadro)  tenemos  ≈ 98 %  de precisión de cálculo

(más que de sobra para un proceso teórico = no se le pueden pedir guindas al pavo).                        

En otras palabras, teóricamente, no se pueden hacer cálculos más precisos.            jasf1961@wordpress.com

Gráficos de un ejemplo de combustión teniendo en cuenta más productos de combustión:

jasf1961-Wordpress Motor MCIA MEC Porcentaje Productos Combustión

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Sí tendremos en cuenta la aparición de CO cuando el Oxígeno es insuficiente. Estas situaciones se estudian en función del factor de riqueza de combustible Fr.

Si Fr = 1 mezcla estequiométricamente exacta, es decir, la cantidad de combustible/aire es la correcta.

Al empezar la combustión/inyección hay mucho aire y poco combustible       Fr<<1,  comienza la reacción química

Si Fr < 1 =>  Fr C8H18(G) + 12,5 O2(G) + 45,12 N2(G) = Fr * 8 CO2(G) + (12,5 – 12,5 Fr) O2(G) + Fr * 9 H2O(G) + 45,12 N2(G)

y queda Oxígeno (12,5 – 12,5 Fr) O2(G) sin reaccionar.

A medida que se inyecta combustible Fr aumenta.

Al terminarse la inyección, Fr alcanza el valor nominal que hayamos fijado:

Si dicho valor es menor que 1 ( Fr < 1 ) la mezcla será siempre pobre durante toda la inyección.

Ejemplo:      Hacemos Fr = 0,90 (mezcla pobre en combustible)     Grados de Inyección = 16 º

Primer º        =>         Fr1º = 1 * 0,90 / 16 = 0,05625                   Segundo º =>            Fr2º = 2 * 0,90 / 16 = 0,1125                  Fr3º = 0,16875                …               Fr16º = 0,90

Si fijamos el valor de Fr mayor que 1 ( Fr > 1 ) la mezcla en algún momento deja de ser pobre y pasa a ser rica:

En nuestro ejemplo de la Hoja de Cálculo            Fr = 1,25 (mezcla rica en combustible)            Grados de Inyección = 16 º

Fr1º = 1 * 1,25 / 16 = 0,078125       …  Fr11º = 0,859375

Fr12º = 0,9375    Fr13º = 1,015625          …        Fr16º = 1,25

Es decir, en el grado 13º de la inyección la mezcla ya es rica ( Fr > 1 ) y entonces la ecuación es :

Si Fr >1=> Fr C8H18(G) + 12,5 O2(G) + 45,12 N2(G) = 17 * (25 / 17 – Fr) CO2(G) + 17 * (Fr – 1) * CO(G) +  Fr * 9 H2O(G) + 45,12 N2(G)

Como hay menos Oxígeno del necesario, aparece 17 * (Fr – 1) * CO(G) en el segundo miembro de la ecuación ya que el CO necesita menos Oxígeno que el CO2.

Los factores que aparecen al lado de cada compuesto se deducen por un sistema de ecuaciones (una ecuación por elemento químico).

Si tuviéramos en cuenta los óxidos de Nitrógeno este sistema de ecuaciones sería mucho más complejo, tanto que salen más incógnitas que ecuaciones (sistema indeterminado) y no se puede resolver de formas explícita, es decir, unas incógnitas hay que ponerlas en función de otras y estudiarlas de forma adimensional (por ejemplo,

al aumentar la concentración de NO, aumenta/disminuye la de OH). Se estudia para disminuir la emisión de las sustancias más contaminantes y nocivas para la salud.

* Dado que la parte de cálculos grado a grado está estructurada por columnas en la hoja de cálculo, es muy fácil insertar otra columna y/o reformular los cálculos. Se pone la nueva fórmula en la celda del primer grado y se copia hacia abajo (control + J) hasta el grado 720. Si el cálculo en las distintas etapas de admisión, etc. no es necesario se suprime, o si tiene alguna condición se le añade y listo. Para dejarlo bonito copiamos el formato de otra columna. De hecho lo voy complicando, perfeccionando poco a poco, día tras día, sin descanso, sin desmayos, ahora lo pongo ahora lo quito, bla bla bla, extraña consistencia, cual sil flotara, envido a la grande, pares no, tres al punto.                                   jasf1961@wordpress.com

Bueno, ¿para qué sirve todo este rollo de las distintas ecuaciones químicas?

Dado que la presión (nuestra incógnita) de un gas es proporcional al número de moles P V = n RT (utilizaremos P = ρ RT por comodidad) para los Gases Ideales o (P +a/v²) (v-b)= n RT (utilizaremos porque me sale de los oeufs P = R T / (( 1/ ρ) – b) – a ρ²) según la ecuación de Van der Waals y que la presión de una mezcla de gases es igual a la suma de las presiones parciales de cada gas existente en la mezcla y teniendo en cuenta que al producirse la reacción química el número de moles del primer miembro es distinto del número de moles del segundo miembro, habrá una variación de presión por dicho concepto (el número de moles), aparte de los debidos a la  ρ  y a la  T.

Por dicho motivo calculamos el Rendimiento Molar  ηmo = Moles Finales / Moles Iniciales:

Si Fr < 1                  ηmo = (57,62+4,5* Fr)/(57,62+ Fr)                                                                 

Si Fr = 1                  ηmo = ( 8 + 9 + 12 * 3,76 ) / ( 1 + 12,5 + 12 * 3,76 ) = 1,06

Si Fr >1                   ηmo = (53,12+9*Fr)/(57,62+ Fr)

Que es una función continua, ya que las 3 expresiones dan ηmo = 1,06          para              Fr = 1

Por tanto, durante la inyección

P = = ηmo ρRT   ó         P = ηmo R T / (( 1/ ρ) – b) – a ρ², y la Presión aumentará ≈ 5% debido al  ηmo. 

También habría que considerar, por el mismo motivo, la tendencia de la reacción a irse hacia la izquierda, disminuyendo la velocidad de reacción, cálculo bastante cabrón y como no me acuerdo ni tengo ganas, no lo hacemos. Además, por ser una reacción altamente exotérmica (se libera una gran cantidad de energía en forma de calor, la que aporta el combustible) dicha influencia puede despreciarse frente a ésta.

Lo mismo sucede con la temperatura, al aumentar se disminuye la velocidad de reacción.

La literatura existente en cuanto a velocidades de reacción en función de la presión y temperatura viene determinada por constantes de equilibrio Kp y Kt, pero desgraciadamente sus valores están estudiados para condiciones ambientales (≈ 1 atm y 300 ºK), y dado que nuestro proceso se realiza a elevadas presiones y temperaturas (≈ 1.000 atm y 4000 ºK para un F1 en la zona de inyección), no aporta dados cuantitativos (no lo podemos calcular), solo cualitativos (lo que estamos comentando que puede pasar).

También sucede que a elevadas temperaturas el agua se disocia en H2 y O2, ≈ 50% a unos 4000 ºK, esto es positivo ya que tendremos más Oxígeno y se mejorará la combustión.

Peor es con los óxidos de nitrógeno NO, N2O, N2O3, N2O4, N2O5, NO3, N2O6, y encima se pueden disociar…

En fin un jaleo, peor que una pelea de negros en un túnel.

Todos estos óxidos son endotérmicos y por tanto inestables descomponiéndose a temperaturas superiores a 800 ºK.               jasf1961@wordpress.com

Por tanto, solo tenemos en cuenta al N2, ya que en la expansión se supera esta T en un motor de F1. En la etapa de escape desciende, pero el trabajo de expansión ΔWexp indicado por los gases en el cilindro(pistón), es pequeño comparado con la media y poco afecta a los cálculos.

Para un combustible CxHy tendremos:

Si Fr <1  Fr CxHy + (x+y/4) O2 + 45,12 N2  =>  (Fr x) CO2 + (Fr y / 2) H2O + b O2 + 45,12 N2

Resolviendo          b = (x+y/4)(1-Fr)                       para  C8H18  x=8  y=18 =>  b=12,5(1-Fr)

Si Fr >1  Fr CxHy + (x+y/4) O2 + 45,12 N2  =>  t CO2 + (Fr y / 2) H2O + s CO + 45,12 N2

Resolviendo          t = x(2-Fr)+y/2(1-Fr)    s= (x+y/2)(Fr-1)

para  C8H18  x=8  y=18 =>  t=17(25/17-Fr)         s=17(Fr-1)

Como t no puede ser negativo           =>  Fr < 25/17    =>  Fr < 1,47

es decir toda la gasolina que añadamos a mayores de Fr=1,47 no se quemará por falta de oxígeno.

  • En la etapa de Escape, el cálculo de la velocidad de escape es primordial. Suponemos que el proceso es Isotérmico, ya que la mayor parte se expulsa muy rápidamente y apenas baja la T dentro del cilindro:

Por Termodinámica, para T = cte  =>  vesc = – (2 R T Ln (P / Po )) ^ 0,5

El flujo másico se define como:

ṁ = Δm / Δt = ρ ΔV / Δt = ρ Area vesc =>   Para   Δt = ti1º  =>       

Δm = ṁ ti1º = ρ Area vesc ti1º =>

Δm escape = 0,2 ti1º ρ NuVa ArVa vesc = – 0,2 ti1º ρ 2 ArVa (2 R T Ln (P / Po )) ^ 0,5

siendo                    0,2 el coeficiente de descarga de la válvula

NuVa = 2 el número de válvulas de escape             ArVa, el área de salida del aire por la válvula

  • ΔQrefrigeración = -KconTA (2 ArPi + p Dp x ) (Tgas – Tref)*ti1º/ EsCi        siendo

KconTA, Coeficiente de Conductividad térmica (del Titanium Alloy)                 ArPi, Area Pistón

Dp, Diámetro Pistón                 Tref, Temperatura Agua Refrigeración                    EsCi, Espesor medio cilindro

* El Coeficiente de Conductividad térmica KconTA es cte.

Otros calculan el Coeficiente de Conductividad térmica  KconTA = hc (q)      según la formulación de Woschni

siendo                                      la velocidad de los gases en el cilindro.

Los coeficientes  m = 0,8   C1   = 2,28    C2     = 3,24·10-3  son experimentales.

Por tanto no utilizo está formulación.        jasf1961@wordpress.com

  • ΔQinyección = mccº Pcg  siendo         mccº, masa combustible inyectada en ese grado            Pcg, Poder Calorífico Gasolina
  • ΔQescape = Δm escape  Cv (Tgas – To)            siendo  Cv, Calor específico a Volumen constante    To, Temperatura Ambiente
  • ΔTrefrigeración = ΔQrefrigeración / ( m Cp)     siendo          Cp, Calor específico a Presión constante
  • ΔTadmisión = (m Cp T + Δmadmsión Cpo To)/( m Cp +Δmadmsión Cpo) – T
  • ΔTinyección = ΔQinyección / (m Cv )
  • ΔTcompresión/expansión = T (Vi-1 / Vi )^( γ - 1 ) – T

* Tanto en la inyección como en el escape usamos  Cv ( y no Cp), ya que en ambos procesos, por producirse cerca de los Puntos Muertos Superior e Inferior, PMS y PMI, apenas cambia el Volumen (no así la Presión).En la Compresión el parámetro fundamental del cálculo es el coeficiente adiabático γ de la transformación. También lo es en la Expansión.                       jasf1961@wordpress.com

Conclusiones:

Apenas hay diferencias al trabajar con Aire / Mezcla productos Combustión, ya que la Temperatura de la mezcla disminuye pero Cp(mezcla) aumenta y apenas varía el intercambio total de calor:     

ΔQp = Δm  Cp ΔT               ΔQv = Δm  Cv ΔT

jasf1961-Wordpress Motor MCIA MEC Temperatura Cp Aire Mezcla Productos Combustion

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jasf1961-Wordpress Motor MCIA MEC Temperatura Calor Escape Aire Mezcla Productos Combustion

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jasf1961-Wordpress Motor MCIA MEC Presiones Gas Ideal Van der Waals Redlich Kwong

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jasf1961-Wordpress Motor MCIA MEC Par Motor Rendimiento Gas Ideal Van der Waals Redlich Kwong

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jasf1961-Wordpress Motor MCIA MEC V8

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Hoja de cálculo de un Motor de Combustión Interna Alternativo MCIA

Motor de Encendido Controlado MEC

Cálculo del ciclo del motor grado a grado como:              (excel)

a)              Gas Ideal,    

b)              Gas de Van der Waals

c)               Gas de Redlich / Kwong

d)             Aire en todo el ciclo (sin tener en cuenta los productos de combustión)

e)              Teniendo en cuenta la mezcla de los productos de combustión y el rendimiento volumétrico de la combustión

Tomaremos todos los datos del aire, combustible, etc de la hoja de cálculo anterior (para no tener que volver a reescribir las mismas fórmulas, que es un rollazo) y añadiremos grados de apertura, adelantos y/o retrasos de las válvulas de admisión y escape, grados que dura la inyección de combustible, material empleado etc.:Datos en rojo         Fórmulas de cálculos preliminares en otros colores negro, azul, etc.

 

Engine cycle calculation grade to gradeTo improve these results analyze grade to grade cycle for each crankshaft rotation angle, φ, from 0-720 degrees (2 turns for being 4-stroke engine).At each instant calculate the positions and angles of crank, connecting rod and piston, as the cylinder volume, mass (air + fuel) in the cylinder, the gas temperature, heat at constant pressure Cp, polytropic coefficient k , density ρ and pressure P. Calculate the expansion work DELTA.V P *, the force on the cylinder P * Ap = ftpi, in the connecting rod and the crank, and the torque on the crank will provide engine power.We will take all data from air, fuel, etc. from the previous worksheet and add degrees of openness, progress and / or delays of the intake and exhaust valves, lasting degrees fuel injection, material used etc..

jasf1961-Wordpress Motor MCIA MEC Datos Formula One 2013

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jasf1961-Wordpress Motor MCIA MEC Prestaciones Formula One 2013 Apertura Válvulas

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Cilindro

Cilindro

La relación entre el trabajo obtenido y la energía suministrada es el rendimiento η.

        η = W (J) / [mc (kg) * Pc (J/kg)]  =  Ẇ (w) / / [mc (kg) * Pc (J/kg) / t (s)]            

Si W y/o Ẇ lo referimos al interior del cilindro:

        dW (J) = P (Pa) * dV (m^3)   =>   dẆ (w) = P (Pa) * dV (m^3) / t (s)

Obteniendo el trabajo o potencia indicados y hablaremos de η indicado

Si W y/o Ẇ los calculamos por el ciclo Otto hablaremos de η termodinámico ciclo Otto como Gas Ideal

Normalmente se calculan a la salida del motor, es decir en el cigüeñal y hablamos de rendimiento y potencia efectivos. Si no se han calculado pérdidas por rozamientos, habrá que restárselas. También hay que restar las pérdidas debidas a bombas, comprensores, etc.

Para calcular la potencia en las ruedas también hay restar las pérdidas debidas a la trasmisión hasta las ruedas …

Aquí empezamos a programar la hoja con la teoría expuesta anteriormente. Son más de 720 líneas x CK columnas de Excel.Realmente programamos 1 línea (horizontal) de la Admisión, otra de la Compresión, otra para la Expansión y otra para el Escape: unas 4 x CK celdas ≈ 400 celdas.Luego hacemos un Control+J para copiar hacia abajo los 179º restantes de cada etapa de 180º.Posteriormente como hay avances y retrasos en las aperturas de válvulas (las he limitado a 20º), en dichos intervalos ponemos condicionales SI de Excel para que la hoja sepa si una válvula está abierta o cerrado y proceder en función de ello.He aquí una imagen de parte de la Admisión de la hoja de Excel, con los datos y cálculos preliminares a la izquierda y los gráficos en medio:Al cambiar cualquier dato o varios, por ejemplo la relación de compresión Rc, cilindrada, …. La hoja se recalcula y se visualizan los resultados, prestaciones, gráficos…

Cálculo de Variables:

Motor MCI MEP MEC Cálculo instantáneo Calculo de Variables

Motor MCI MEP MEC Cálculo instantáneo Calculo de Variables

Motor MCI MEP MEC Cálculo instantáneo Calculo de Variables 2

Motor MCI MEP MEC Cálculo instantáneo Calculo de Variables 2

Prestaciones:

jasf1961-Wordpress Motor MCIA MEC Prestaciones Formula One 2013

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Motor MCI MEP MEC Cálculo instantáneo Prestaciones
jasf1961-Wordpress Motor MCIA MEC Prestaciones Formula One 2014 vs rpm graficos

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jasf1961-Wordpress Motor MCIA MEC Prestaciones Formula One 2014 vs rpm ecuaciones

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Motor MCI MEP Cinematica

Motor MCI MEP Cinematica

Motor MCI MEP Cinematica

Motor MCI MEP Comparativa Par Motor vs Nº de cilindros

Motor MCI MEP Comparativa Par Motor vs Nº de cilindros

Motor MCI MEP Comparativa Par Motor vs Nº de cilindros

Motor MCI MEP Densidad Temperatura Presion

Motor MCI MEP Densidad Temperatura Presion

Motor MCI MEP Densidad Temperatura Presion

Motor MCI MEP Dinamica

Motor MCI MEP Dinamica

Motor MCI MEP Dinamica

Motor MCI MEP Variables Termodinamicas

Motor MCI MEP Variables Termodinamicas

Motor MCI MEP Variables Termodinamicas

Motor MCI MEP Diagramas  P-V  T-V

Motor MCI MEP Diagramas P-V T-V

Motor MCI MEP Diagramas P-V T-V

Ejemplo de la hoja Excel para el motor de Audi  1,9 TDI

jasf1961-Wordpress Motor MCIA MEC TDI  1.9 Volkswagen

jasf1961-Wordpress Motor MCIA MEC TDI 1.9 Volkswage

jasf1961-Wordpress Motor MCIA MEC Ventajas del Turbocompresor

jasf1961-Wordpress Motor MCIA MEC Ventajas del Turbocompresor

Turbo

Turbo

jasf1961-Wordpress Motor MCIA MEC Inyector

jasf1961-Wordpress Motor MCIA MEC Inyector

jasf1961-Wordpress Motor MCIA MEC Esquema Inyector-Bomba movido por Leva

jasf1961-Wordpress Motor MCIA MEC Esquema Inyector-Bomba movido por Leva

jasf1961-Wordpress Motor MCIA MEC Inyector-Bomba movido por Leva

jasf1961-Wordpress Motor MCIA MEC Inyector-Bomba movido por Leva

jasf1961-Wordpress Motor MCIA MEC Components of the Engine

jasf1961-Wordpress Motor MCIA MEC Components of the Engine

jasf1961-Wordpress Motor MCIA MEC Components of the Engine Pistón Biela

jasf1961-Wordpress Motor MCIA MEC Components of the Engine Pistón Biela

jasf1961-Wordpress Motor MCIA MEC Components of the Engine Block

jasf1961-Wordpress Motor MCIA MEC Components of the Engine Block

jasf1961-Wordpress Motor MCIA MEC Components of the Engine Biela Pistón

jasf1961-Wordpress Motor MCIA MEC Components of the Engine Biela Pistón

jasf1961-Wordpress Motor MCIA MEC Cigüeñal

jasf1961-Wordpress Motor MCIA MEC Cigüeñal

jasf1961-Wordpress Motor MCIA MEC Proporciones Cigüeñal

jasf1961-Wordpress Motor MCIA MEC Proporciones Cigüeñal

jasf1961-Wordpress Motor MCIA MEC Turbocompresor Geometría Variable

jasf1961-Wordpress Motor MCIA MEC Turbocompresor Geometría Variable

jasf1961-Wordpress Motor MCIA MEC Cojinete Axial Cigüeñal

jasf1961-Wordpress Motor MCIA MEC Cojinete Axial Cigüeñal

Compresor

Compresor

jasf1961-Wordpress Motor MCIA MEC Bomba de Inyección

jasf1961-Wordpress Motor MCIA MEC Bomba de Inyección

jasf1961-Wordpress Motor MCIA MEC  Swirl  Inyector-Bomba

jasf1961-Wordpress Motor MCIA MEC Swirl Inyector-Bomba

Piston Deformacion x 1000

Piston Deformacion x 1000

 


Diseño Geométrico F1

Diseño Geométrico

Nos vamos a la página de la FIA y descargamos las normas técnicas de la F1:

http://www.fia.com/en-GB/sport/regulations/Pages/FIAFormulaOneWorldChampionship.aspx

La forma y medidas del monoplaza están reguladas por las normas (de ahí que sean todos parecidos).

Hay zonas prohibidas, volúmenes donde no puede existir nada, por ejemplo:

Ejemplo zonas prohibidas del bodywork (carrocería), en 3 dimensiones:

y hay otras zonas permitidas, por ejemplo:

Geometric Design

We go to the website of the FIA and unload the F1 technical regulations:

http://www.fia.com/en-GB/sport/regulations/Pages/FIAFormulaOneWorldChampionship.aspx

The shape and dimensions of the car are regulated by the rules (hence they are all alike).

There are no-go areas, volumes where nothing can exist, for example:

Example prohibited areas of the bodywork (body), in 3 dimensions:

and other areas are permitted, for example:

Restricciones 3D

Restricciones 3D

Además hay un montón de restricciones tipo: Motor de 8 cilindros y 2400 cc, medidas de diámetro y carrera, peso etc…

Modelamos el coche con todas las restricciones geométricas de la FIA y sale algo así:

Plus there are plenty of restrictions type: 8-cylinder engine and 2400 cc, bore and stroke measurements, weight, etc …

We model the car with all geometric constraints of the FIA ​​and goes something like this:

Fondo Plano

Fondo Plano

F1 Diseño

F1 Diseño

here is also a lot of restrictions like: Engine 8 cylinders and 2400 cc, bore and strokemeasurements, weight etc …
We model the car with all the geometric constraints of the FIA goes something like this:


Diseño de un Formula 1

Diseño de un Formula 1 , Cómo diseñar un Fórmula 1,

How Design a Formula One

Como Diseñar un Formula 1

Como Diseñar un Formula 1

Diseño de un Formula 1

Para diseñar un Fórmula 1, seguiremos los siguientes pasos:

Diseño Geométrico, está regulado por las normas de la FIA, lo generamos con un programa de CAD.

Cálculo del Motor y resto de componentes mecánicos, también regulado por la FIA, para obtener la potencia, consumo de combustible, y resto de parámetros. Lo realizamos con una hoja de datos tipo Excel, para automatizarlo y que recalcule todas las variables en función de los datos de entrada.

Cálculo Aerodinámico, con el diseño geométrico del CAD hacemos el mallado de la geometría del monoplaza y realizamos la simulación en un programa de CFD (Computer Fluids Dynamics), introduciendo en las Condiciones de Contorno (Boundary Conditions) algunos parámetros obtenidos en el diseño del motor, como el consumo de aire, ṁ (kg/s) en la toma de aspiración del motor y escapes y el consumo de aire de los refrigeradores de los pontones. También necesitamos las temperaturas y/o presiones de dichos gastos másicos, para que la simulación sea más realista.

Este es un proceso reiterativo: con los datos obtenidos calculamos las prestaciones del monoplaza. Hacemos modificaciones geométricas en el monoplaza para mejorarlo y recalculamos:

  • Potencia, consumos de combustible y aire, y otras variables dependen del rendimiento del motor    Rendimiento del motor
  • Velocidades:
    •  en recta, depende fundamentalmente de la potencia del motor y de la fuerza de arrastre (Drag Force).  FD = f (CD)
    •  en curva, los parámetros fundamentales son la fuerza de sustentación (Lift Force), que debe ser negativa para que empuje hacia abajo al monoplaza y es conocida como Down Force   FL= f (CL) y y el Coeficiente de rozamiento entre neumático y asfalto μroz = f (N)     jasf1961@wordpress.com

            Con estos datos calculamos tiempos por vuelta (Lap Time) en un circuito simulado, que también hacemos en CAD, sobreponiéndolo a una imagen de Google / Earth para saber la longitud de las rectas y los radios de las curvas y sus longitudes. Como la masa mínima del monoplaza tiene que ser 640 Kg en el 2012 (incluido piloto, por eso pesan al piloto y al monoplaza), el consumo también influye en la masa total del monoplaza en el momento de la simulación (para una vuelta, la masa m se puede considerar constante pero para la simulación de toda la carrera habría que simular con la masa m variable). En las rectas se acelera y se frena, y en las curvas consideramos velocidad constante (para hacerlo más real con curvas de radios variables necesitaríamos un dibujo vectorizado que no tenemos, y en este caso también aceleraría o frenaría en función de que el radio aumentara o disminuyera). Para resolver una recta tenemos que hacer iteraciones, ya que todas las variables del cálculo dependen de la velocidad instantánea. Si bien Excel, para otros cálculos (motor), viene bien puesto que visualizamos todos los parámetros (datos y variables) cada vez que hacemos un cambio, no sirve para resolver iteraciones, Empleamos para ello un lenguaje de programación (se ha realizado con una versión de BASIC). Mediante bucles FOR … NEXT y condiciones IF … THEN … ELSE se resuelven las iteraciones: hay que calcular la velocidad en cada instante y en función de ella la potencia del motor, Fuerzas Drag y Lift, el μroz, la masa m, la fuerza centrífuga Fc = m v^2 / r  para las curvas, etc. Con estos valores calculamos la aceleración instantánea y calculamos la velocidad para el instante siguiente, que puede hacerse para intervalos de 0,1 segundos (ó 0,001 s, total el ordenador lo resuelve inmediatamente). Con la nueva velocidad instantánea recalculamos el resto de variables FD, FL, Fmot, Fcent, etc y volvemos a recalcular la aceleración instantánea. Debemos hacer notar que no es un movimiento uniformemente acelerado: cuando el piloto acelera en una recta la aceleración no es constante, depende de la velocidad en ese instante, pero para pequeños intervalos de tiempo si se puede considerar constante en cada intervalo, sin que afecte a los resultados.

Errores de cálculo:

errores del mallado,  el mallado consume mucha memoria del ordenador

errores del CFD,  son modelos matemáticos que se aproximan a la realidad

errores del resto de cálculos,  que también son modelos matemáticos que se aproximan a la realidad

En cualquier caso, nos sirve para simular prototipos, manteniendo constantes los parámetros del motor y neumáticos, y ver cuál es más eficiente aerodinámicamente, sin tener en cuenta los efectos de las pequeñas piezas aerodinámicos del monoplaza.

La FIA limita casi todo el diseño en función de los ejes de las ruedas, pero no limita la distancia entre los ejes de las ruedas WheelBase. Aquí tenemos 2 ejemplos que solo se diferencian en dicho parámetro.

To design a Formula 1 car, follow the following steps:

Geometric Design, is regulated by the rules of the FIA, which generate a CAD program.

Calculation Engine and other mechanical components, also regulated by the FIA, to obtain power, fuel consumption and other parameters. To operate a data sheet such as Excel, to automate and to recalculate all variables depending on the input data.

Aerodynamic Calculation with CAD geometric design make the meshing of the geometry of the car and perform the simulation in a CFD program (Computer Fluids Dynamics), introduced in the Boundary Conditions (Boundary Conditions) some parameters obtained in engine design such as air intake in the engine intake manifold and exhaust and intake air coolers pontoons.

Tires: grip, grip, engine power is transmitted through the rear wheels. The braking, acceleration and cornering limit dependent adhesion of tires and asphalt. The aerodynamic forces and thermodynamics with energies contribute to the effectiveness of the Grip. The coefficient of friction determines the grip critical parameter, since the forces acting on the car are transmitted to ground through the tires.

Dynamics, to raise all the forces involved in every moment and its consequences.

This is an iterative process: calculate the performance data of the car. We geometric modifications on the car to improve it and recalculate:

- Power, fuel consumption and air, and other variables are dependent on the engine performance.

- Speeds:

- In straight, depends crucially on the power of the engine and the drag force (Drag Force).

- In turn, the key parameters are the lift force (Lift Force), which must be negative to push down to the car and is known as Down Force and the coefficient of friction between tire and asphalt. 

F1 Isosurface Pressure
F1 Isosurface Pressure


F1 WheelBase
F1 WheelBase

Isosurfaces Pressure

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