Porposing en F1: ¿Qué es y por qué aparece?

¡Muy buenas! En este post vamos a hablar sobre un fenómeno que, probablemente, haya sido el más llamativo de lo que vimos en los últimos test de Barcelona de F1: el famoso «porpoising«.

¿Qué es este fenómeno, por el que los coches de repente rebotan mucho en el final de la recta? Vamos a ir desde la base, por supuesto, para que no os perdáis en ningún momento.

Antes de empezar, por supuesto, hablar de Lebalap Academy. Echadle un vistazo a todos los cursos que hay porque tenemos de dinámica, de aerodinámica, de pilotaje, de telemetría, de estrategia de carrera, de reglajes… Así que, ¡seguro que hay mucho contenido que os interesa!

Sigamos ya con el contenido propiamente para entender este famoso «porposing». Primero hay que entender la influencia del efecto suelo en todo esto. Ya sabéis que en esta generación de F1 se genera mucha más carga aerodinámica. En generaciones anteriores, eran más importante los alerones, y este año son menos importantes los alerones y más el suelo del coche, porque generan más «efecto suelo».

Qué es el efecto suelo

Simplificándolo mucho, el efecto suelo es una aceleración del aire que va por debajo del coche. Lo que conseguimos es que el aire vaya muy rápido y, cuanto más rápido va, más depresión se produce debajo del coche. Por tanto, generamos un efecto de succión del coche.

Es decir, el aire que va por debajo del coche lo que hace es tirar hacia abajo del propio chasis y eso es como si apretase más los neumáticos contra el asfalto y, por lo tanto, tenemos más agarre.

Esto tiene una particularidad que puede ser interesante y es que, cuanto menor es la sección por la que tiene que pasar el aire, más rápido tiene que cruzarlo.

Ejemplo claro: imagínate que tienes una habitación con 50 personas y los tienes que sacar a todos en un minuto. Si abres una puerta enorme, en un minuto pueden ir saliendo tranquilamente, pero si abres una puertecita pequeña por la que solo cabe una persona, para que salgan las 50 en un minuto tienen que darse un poquito más de prisa. Pues algo así pasa con el aire; como reduces la sección por la que pasa el aire, pues tiene que acelerar, porque la sección por la que tienen que pasar es menor. ¡Y ahí está la cuestión!

Relación entre efecto suelo y porpoising

Cuanto más rápido va al aire generando el efecto suelo, más succión del coche; si hay más succión, menor es la sección por la que tiene que pasar el aire, porque las suspensiones se van comprimiendo. Por lo tanto, el aire acelera más, más succión y, otra vez, más pequeña la sección, más aceleración… Y así sucesivamente.

Hasta que llega un punto que es como un bloqueo (vamos a llamarlo así). Y es que hay un momento en el que la sección es tan pequeña que el aire ya no puede pasar y se pierde por completo la carga aerodinámica generada por el el efecto suelo.

Influencia de las suspensiones

Por lo tanto, ahí tendríamos nuestro problema aerodinámico. Pero aquí es donde tienen que entrar en juego también las suspensiones.

Esto me lo habréis escuchado decir ya muchas veces. ¿Qué tenemos en las suspensiones? Elementos elásticos, que absorben energía; y elementos amortiguadores, que disipan energía. Estos elementos elásticos (por ejemplo, un muelle) siempre tienen una rigidez que viene dada en newton por milímetro, o cualquier otro sistema similar. Esto lo que significa es que van a ejercer una fuerza (newton) en función de lo comprimido/expandido (milímetros) que esté. Si te dan 100 N/mm, cada milímetro más que lo comprimas, 100 newtons más que tienes que hacer de fuerza. Habría que matizar si es lineal o no también, pero dejémoslo aquí.

Otra forma de ver lo mismo es que, cuanto más comprimas el muelle, más fuerza tienes que hacer para mantener el muelle así, porque cuando sueltes, más rápido (fuerte) va a expandirse.

Y para terminar con el contexto: los coches de Fórmula 1 tienen un muelle («heave spring») que actúa cuando el tren completo se comprime o expande (delantero o trasero, hay en sendos ejes). El trasero es especialmente interesante en esto del porpoising, puesto que es ahí donde se bloquea el flujo de aire que mencionábamos antes.

Qué es el porpoising

Y ahora ya podemos entender de dónde vienen estos rebotes que vimos en los coches de Fórmula 1.

Según vas comprimiendo el tren trasero al tener más carga aerodinámica, las suspensiones se van comprimiendo más y, por lo tanto, ese «heave spring» se va estirando (si es suspensión tipo pull-rod, no vamos a entrar en eso).

Por tanto, según se va «agachando» el coche de detrás, ese «heave spring» se va estirando. Cuanto más lo estires, más fuerza está haciendo, pero también está haciendo más fuerza la carga aerodinámica. Por lo tanto, en cada momento, tenemos un equilibrio entre la fuerza que hace el aire hacia abajo y las suspensiones hacia arriba. Cuanta mayor es la carga aerodinámica, más fuerza está haciendo al aire hacia abajo y más se estira el «heave spring».

La cuestión está en que, si baja tanto de detrás que se llega a bloquear ese flujo del efecto suelo, perdemos carga aerodinámica. ¿Qué va a pasar, entonces? Que en ese instante, la aerodinámica empuja mucho menos hacia abajo, pero las suspensiones siguen empujando lo mismo hacia arriba. Así que, el tren trasero, de repente, sufre una expansión brutal por culpa de ese empuje de las suspensiones, que no está compensado con la aerodinámica.

Una vez que eso pasa, el aire ya puede volver a fluir, y vuelta a empezar el bucle: se comprime otra vez todo el eje trasero, el «heave spring» se va estirando hasta que se bloquea el flujo, las suspensiones estiran de golpe el tren trasero y volvemos otra vez al inicio del ciclo. En definitiva, un rebote que hemos bautizado como «porpoising».

La influencia del asfalto

Como te puedes imaginar, si nos encontramos un circuito bacheado, es más probable que pase. Cuando pasas por un bache, ese tren trasero tiende a comprimirse y se acelera el inicio del problema: se bloquea el flujo de aire.

En definitiva, cuantos más baches tenga el circuito, más pronunciados sean y mayor sea la velocidad del circuito, más probable es que aparezca este porpoising y que sea más grave.

Solución al problema

¿Debemos solucionar este problema? Pues ya lo dije al principio del post: sí debemos solucionarlo, porque es un problema importante para la mecánica y, sobre todo, para los pilotos.

Por una parte, cuando se bloquea ese flujo de aire perdemos carga aerodinámica (que es lo que hace que las suspensiones expandan el tren trasero), pero quizá esto no sea tan importante, ya que solemos tener este problema en recta. Ahí la carga aerodinámica no nos interesa tanto (aunque un poco sí, porque mejora la tracción).

Aun así, el hecho de perder adherencia en ese tren trasero nos importa mucho, porque es ahí donde tenemos el empuje de la transmisión. Los Fórmula 1 son tracción trasera; es el tren trasero el que tiene que encargarse de empujar el coche hacia delante. Si tú pierdes agarre porque el tren trasero se está expandiendo, pierdes un poco de ese agarre mecánico, vas a perder rendimiento en recta y puedes alcanzar menos velocidad. Aparte de que el piloto se puede volver loco, pueden entrar en una frecuencia terrible todos los elementos mecánicos del coche, pueden tener fallas bastante importante, problemas de fiabilidad… Sí es un problema que hay que intentar solucionar.

La solución más evidente, a través de las suspensiones: levantar la parte trasera del coche. Pones una parte trasera más alta y así vas a estar más lejos de que se termine produciendo ese bloqueo, pero es una solución que no suele gustar mucho. Los coches de carreras siempre tienden a ir lo más bajos posible para fomentar todo el efecto suelo, no tener tanto drag, centro de gravedad más bajo…

Otra posible solución sería endurecer la suspensión, es decir, que cueste más comprimir ese tren trasero hasta el punto de bloquear el flujo del efecto suelo. Pero claro, si tú lo pones más rígido y aún así se produce ese bloqueo, porque coges un bache o por lo que sea, con más fuerza va a impulsar luego el tren trasero hacia arriba. Será más difícil que ocurra, pero si se llega a producir, las consecuencias serán más graves.

En todo este lío habría que incluir a los amortiguadores, sobre todo amortiguación rápida. Aun así, el reglaje de las suspensiones es la solución más inmediata. Puedes cambiar el setup más o menos rápido para un GP si te encuentras con este problema.

Se ha hablado de que podríamos incluir una suspensión activa, podríamos meter elementos de inercia dentro de la suspensiones…

Luego podemos tener, por ejemplo, la solución del rake, que al final era levantar la parte trasera (inclinar el coche hacia delante). Así tendrías mucho más espacio hasta producir el bloqueo. Pero parece algo bastante complicado con la normativa aerodinámica actual.

Precisamente a nivel aerodinámico también podríamos encontrar alguna solución. Por ejemplo, evitar que se flexionen tanto los elementos del suelo. Mercedes, por ejemplo, añadió una especie de tirantes para evitar que flexionasen tanto los laterales del suelo. Siempre se intenta meter los menos elementos posibles, pero si esto te va a servir para librarte del famoso problema del porpoising, te puede salir rentable.

¿Se podía prever?

Es un tema bastante complicado de simular, porque entran en juego varios tipos de simulaciones: la aerodinámica, las suspensiones, la flexión de las piezas… Y para complicarlo más aún, tendrías que analizar la frecuencia con la que vas a ir sobre los baches, que depende del circuito, depende de la velocidad…

Conclusión

Será interesante ver cómo evoluciona cada equipo a lo largo de los GPs y las temporadas, cómo se adaptan a las características de cada trazado… Porque es un problema muy grave; si tienes un coche espectacular pero tienes este fenómeno y no eres capaz de evitarlo de ninguna manera, vas a perder mucho rendimiento, sobre todo en rectas con baches. Así que, ¡mucho ojo con esto!

Y nada, espero que este post os haya servido para entender un poquito mejor este fenómeno. He intentado explicarlo lo más sencillo posible tocando aerodinámica y suspensiones para que lo entendamos todo.

Por supuesto, agradeceros enormemente a todos los que estáis ya conmigo en Lebalap Academy. Y los que no, pues echadle un vistazo a esta web, que seguro que hay mucho contenido que os interesa.