Sr. Pera domingo, 23 de enero de 2011

Lo prometido es deuda, y empezamos nuestra serie de artículos técnicos sobre el diseño y construcción de un fórmula de competición, de la mano del equipo de Formula SAE de la Universidad Europea de Madrid.





Como es lógico, el proyecto comienza por el diseño del chasis, base sobre la cual se irán desarrollando el resto de elementos del coche. En principio el diseño es libre, pero la normativa exige unos mínimos que deben cumplirse para poder participar en la Formula SAE europea. Entre estos mínimos, se encuentra un arco antivuelco que se eleve sobre la cabeza del piloto, unas barras de protección lateral a 30cm del suelo, y unas cotas mínimas y máximas en las que debe entrar el coche. Además, en ningún caso el motor debe ser parte estructural del chasis del coche. Como curiosidad añadida, el diseño del habitáculo debe permitir al piloto salir del coche en menos de 5 segundos, contando con el desmontaje del volante y los arneses (en caso de incendio o accidente, evacuar al piloto del coche es vital). Como vemos, la seguridad juega un papel bastante importante en la realización de estos prototipos.

Rubén, participante del proyecto, y estudiante de ingeniería, nos explica todo con detalle. Es un auténtico FuelWaster, respira pasión por la velocidad: Está preparando un Toyota Supra por todo lo alto (del que hablaremos cuando tenga cerca la calle), se dedica a preparar otros deportivos de amigos suyos, y conoce perfectamente el mundo de las tandas de circuitos. Ha trabajado como mecánico de AMG, y actualmente se prepara para ser ingeniero industrial. Desde luego promete.

Al diseñar un chasis, se empieza por el suelo. Debe respetar unas medidas como hemos dicho, y lógicamente tiene que dar cabida al piloto y a todos los elementos mecánicos. Es la parte más importante del coche, porque determina el peso del mismo, su rigidez, su reparto de pesos, y en definitiva su eficacia. Los ejes marcan la directriz a seguir para ubicar el resto del coche; pues sobre ellos actúa la suspensión, y por lo tanto el reparto de pesos debe de ser lo más equitativo posible. El 50/50 entre ambos ejes es la relación perfecta, pero no sólo eso, atención:

Tan importante como repartir el 50/50 del peso entre el eje delantero y el trasero, es el hecho de que todo el peso esté contenido sin sobresalir por delante del eje delantero, ni por detrás del trasero, pues aunque el 50% de la masa esté correctamente repartida, si el peso cuelga más allá de estos límites, hará efecto palanca sobre las suspensiones: Es como si ese peso, al crear inercia en una curva, tirara del eje hacia el exterior con mayor fuerza, porque cuanto más alejado esté, más brazo de palanca genera. Por eso aunque un Porsche lleve el peso perfectamente balanceado, si el motor cuelga por detrás, y el depósito de gasolina por delante, hace ese efecto palanca tan contraproducente. De ahí se explica que los ingenieros de Porsche sean verdaderos genios haciendo efectivos los 911, frente a otros deportivos con mejor configuración mecánica.


Desde esta posición se comprende mejor. El morro a la izquierda, la zaga en la parte derecha, y el piloto debajo de la pirámide que vemos en el centro.

El suelo lo tenemos. Ahora se diseña la estructura sobre la que va a ir la suspensión delantera. Determinar los puntos sobre los que descansará la geometría de suspensión es determinante para reforzar o no determinada sección. Desde aquí, se va construyendo el resto del chasis hacia la parte trasera. Se acomodan los correspondientes refuerzos obligatorios por reglamento, y finalmente, se crea el cuadro trasero donde apoyará el motor, y la zaga, de la que salen las transmisiones y suspensiones para el eje trasero.

Ahora que ya tenemos el diseño creado en ordenador, un programa de cálculo de dureza de estructuras, nos permite ver su rigidez. Para ello bloqueamos el eje trasero por completo, y retorcemos el chasis por delante: Aplicamos fuerza en el eje delantero, por el lado derecho hacia arriba, y el lado izquierdo hacia abajo. El programa nos calcula cuánto va a flexar el chasis, y por dónde. Vamos aplicando más fuerza dentro de los valores normales que va a soportar este monoplaza en una carrera, y finalmente vemos por dónde se va a romper y con cuánta torsión.

El chasis visto en planta, es decir, desde arriba.

En los puntos donde el chasis rompe a partir de cierta torsión, se aumenta el espesor de los tubos, y se vuelve a probar. Donde se ve que el espesor es mayor que el necesario, se adelgazan dichos tubos para aligerar peso. Cada gramo cuenta, el material es acero, y el peso actual del coche completo ronda los 260 Kg. Teniendo en cuenta que los equipos más punteros se mueven sobre los 170-180 Kg, hay mucho trabajo aún por hacer para estar arriba (máxime cuando el motor es el mismo para todos, y la preparación no permite grandes diferencias, ya lo veremos más adelante cuando examinemos el motor).

Rubén nos explica también que casi siempre el chasis absorbe parte de la amortiguación del coche, y se mueve en unos grados mínimos de capacidad de "flexar", y que así es como funcionan los karts de competición. En cambio la manera de correcta de hacer estos prototipos, es maximizando la rigidez del chasis al máximo, y dejando la amortiguación para las suspensiones, pues es realmente donde podemos regular el setup deseado. De lo contrario, además de no poder ajustar parte de la suspensión por ir implícita en el diseño del chasis soldado, las cotas irán poco a poco deformándose, dejando finalmente el coche inservible.

Ahora viene la parte artesanal del trabajo: Encargar los cientos de tubos en acero, con sus distintos espesores, y cortarlos. El corte es lo más complejo, pensad que cada tubo termina casando con otros varios tubos, y esa unión debe tener uno o varios ángulos donde encajar. No hay dos tubos iguales, sólo la parte simétrica del otro lado del coche muestra similitudes con el que estamos trabajando, pero en posición simétrica...

Y para seguir insultando a vuestra inteligencia: El chasis en alzado, es decir, visto desde un lateral.

Finalmente, la estructura se suelda con una soldadora TIG, especialmente indicada por su bajo desgaste, y la alta temperatura que genera, gracias a lo cual, y con la pericia del soldador que se encarga del trabajo, el chasis quedará perfectamente ensamblado. La soldadura es también un arte, del que no vamos a hablar ahora, pero pensad que cuando se empieza a soldar una estructura, el material va tensándose, y si no se hace correctamente, podemos empezar a sumar esas desviaciones hasta que finalmente los tubos no encajen en su sitio, y el chasis quede fuera de las cotas en las que lo hemos diseñado.

Ya tenemos lo principal. Pero no cantéis victoria, esto es sólo el principio, ya tenemos la mesa sobre la que trabajar, pero ahora hay que rellenarla con el resto de elementos que harán de este montón de tubos un monoplaza competitivo...

Estad atentos, y seguiremos explicando el desarrollo del resto de partes del fórmula, las suspensiones, el motor, la dirección, las transmisiones (secuencial), el carrozado, etc.