Análisis Técnico – Monocasco

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El monocasco de un monoplaza de competición garantiza la seguridad del piloto en un caso de accidente. Esta célula de supervivencia fabricada en fibra de carbono es casi indestructible y juega un papel fundamente en la seguridad de la Fórmula 1.

Las normas referentes a seguridad en la clase reina del motor han mejorado a un ritmo impresionante en los últimos 20 años, llegando a unos niveles difíciles de superar. No obstante, la investigación y el desarrollo en este campo todavía continúa evolucionando debido a que la seguridad es la máxima prioridad para los pilotos.

El camino hacia la actual cápsula de seguridad denominada monocasco comenzó al principio de los años 80 con la adopción de materiales como la fibra de carbono que componen la fabricación del chasis, aunque en la definición estricta del término, la resina compuesta ya se utilizaba en el mundo del motor en los años 50 en forma de paneles de cuerpo moldeado de fibra de vidrio.

El primer coche de Fórmula 1 que compitió incorporando este tipo de material compuesto en su chasis fue el McLaren M2A en 1965, que montaba paneles de mallite – un compuesto formado de láminas de aluminio sobre un núcleo de madera de balsa de testa.

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Aunque este modelo se benefició de la rigidez que le dotaba este material sobre sus rivales, la tecnología no fue empleada en los siguientes modelos.

Esto, tan solo fue un ejercicio de prueba antes de construir un monocasco de Mallite, en el que fue el primer monoplaza diseñado por Robin Herd. El coche sirvió de base para el desarrollo de monoplazas de Fórmula 1 y sirvió como prueba para Firestone.

Se emplearon motores Traco Oldsmobile y Ford V8. Finalmente el McLaren M2A no participó en carreras del campeonato oficial de Fórmula 1. Sin embargo, muchas de las lecciones aprendidas con este primer modelo se trasladaron al diseño del M2B.

El monocasco fue inventado por el jefe del equipo Lotus, el diseñador Colin Chapman, quien instaló una caja de metal ligera en lugar del espacio clásico tubular en su Lotus 25 en 1962.

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El Lotus 25, propulsado por un motor Climax, fue el primer monoplaza de Fórmula 1 equipado con un monocasco. Chapman revistió la célula de supervivencia con placas metálicas remachadas cerrando el monocasco. El combustible se almacenaba en bolsas de plástico dentro del mismo monocasco.

McLaren fue el primer equipo de Fórmula 1 que construyó un monoplaza con una célula de supervivencia completamente en fibra de carbono en 1981. No obstante, existe un debate sobre quien fue el primero en fabricar un chasis en fibra de carbono, ya que Lotus y McLaren fueron a la par en este campo.

Lotus siguió el método de cortar y doblar reemplazando simplemente las capas de aluminio pre-condicionadas por un compuesto híbrido entre carbono y kevlar reforzado en epoxi.

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El McLaren MP4/1C, que compitió en 1983, fue el primer monoplaza de Fórmula 1 con un monocasco de fibra de carbono moldeado, diseñado por John Barnard. El coche, originalmente, fue propulsado por Ford, aunque posteriormente terminaron montando Porsche.

McLaren subcontrató la fabricación de este primer modelo a Hércules Aerospace en los EE.UU. para construir la bañera con un molde, mientras que Lotus optó por elaborar la suya propia.

Los de Woking confeccionaron su monocaso poniendo las capas de fibra de carbono alrededor de un molde macho o “mandril”, antes de aplicar el nido de abeja y la segunda piel de carbono a la parte exterior del sándwich usando un tipo de fibra de carbono preimpregnado.

En el caso de Lotus, optaron por forjar hojas plegadas de material compuesto de una manera similar a la forma del chasis previa fabricación de la hoja de aluminio y el nido de abeja de aluminio.

Dos moldes forman la mitad superior e inferior y se unen entre sí alrededor de los tabiques para formar el compuesto final del chasis.

Como los puntos de anclaje de la suspensión requerían ser precisos e iban adjuntos a la piel del coche, el chasis se elaboraba en el interior, ya que se construía con un molde macho en el que se colocaba la piel directamente contra el molde, eliminando así cualquier variación en el sandwich de capas formando la geometría de la suspensión.

Esto da como resultado una piel exterior apoyada en el panel de abeja y no contra la cara del molde, por lo que el acabado exterior de estos chasis eran relativamente pobres.

Al final de la construcción, lo que realmente preocupaba a los diseñadores era la capacidad de colisión de estos compuestos.

En el Gran Premio de Italia de 1981, John Watson perdió el control de su McLaren, golpeando violentamente con las barreras. Fue capaz de alejarse él mismo a pie de los restos esparcidos de su monoplaza.

Este suceso, marcó un antes y un después sobre la capacidad de absorción que poseía el compuesto de fibra de carbono bajo una carga deformante a cierta velocidad. Por ello, en los últimos años, las propiedades de absorción de energía de los materiales compuestos han hecho una gran contribución en los registros de seguridad de este deporte.

Por este motivo, el resto de equipos siguieron la forma de moldear el chasis de fibra de carbono de McLaren.

Entonces, para el campeonato 1983, el equipo de ATS D4, bajo la dirección técnica de Gustav Brunner, fabricaron un chasis moldeado hembra aprovechando la superficie externa más ordenada del chasis moldeado. Esto hizo que la capa externa se convirtiera en la capa principal de la carrocería, descartando la carrocería separada para la gran parte de la parte delantera del coche.

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Ferrari adoptó este diseño poco después en su primer chasis de carbono completo, el 126C3. Mientras que otros equipos adoptaron chasis moldeado femenino, aunque se seguía usando la carrocería separada.

Ya en la década del año 2000, los equipos necesitaban hacer un chasis más complejo, lo que provocó que el diseño se diviera en varias secciones.

Los monocascos de hoy en día, están realizados a mano en fibra de carbono, un material compuesto que es dos veces más fuerte que el acero, y cinco veces más ligero. Se compone de hasta 12 capas de esteras de fibra de carbono, en el que cada uno de los hilos individuales es cinco veces más fino que un cabello humano.

De acuerdo con las cargas previstas en las zonas de la estructura variable, se aplican telas con diferentes patrones de tejido y en diferentes orientaciones. Se inserta una capa de aluminio en forma de panal de abeja entre estas esteras, lo que aumenta la rigidez del monocasco aún más. Toda la cáscara se calienta, a continuación, en el autoclave – un horno gigante y bajo presión negativa. Tras dos horas y media, la cáscara se endurece, pero siguiendo el procedimiento de cocción se ha de repetir dos veces más. Como resultado, los monocascos son lo suficientemente fuertes para proteger a los pilotos, como el de Sergio Pérez en Mónaco en 2011.

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La evaluación de los datos en el dispositivo de accidentes – ADR – enseñó que el Sauber deceleró de 230km/h a 0 en sólo 0.72 segundos, es decir, el equivalente a una caída desde 200 metros de altura. Con ello, el mexicano tan sólo sufrió una conmoción que le dejó en observación hospitalaria durante la noche sin consecuencias, gracias, en parte, a la acción del monocasco.

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O el terrible accidente de Robert Kubica en Canadá 2007 a 230km/h cuando pilotaba su BMW-Sauber. La velocidad con la que impactó en el muro según el ADR fue de 300.13km/h, con un ángulo de 75º, sometiendo Kubica a una deceleración media de 28G.

Tras analizar los datos referentes al accidente se pudo observar cómo el impacto que sufrió el polaco fue de 75G. El de BMW regresó a las pistas tras un parón de dos Grandes Premios, ganando en el año 2008 en la misma pista y con el mismo equipo.

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A pesar de este nivel alcanzado en seguridad, la FIA nunca cesa en sus esfuerzos por mejorar la seguridad en el deporte, ya que el monocasco no es del todo infalible como muestran las imágenes.

El monocasco pesa tan sólo 35kg pudiendo absorver gran cantidad de impactos y fuerzas dadas las altas velocidades en curvas y carga aerodinámica. Por este motivo, esta célula de supervivencia está en constante revisión de forma que se haga más segura si cabe.

Las pruebas de choque que han sido establecidos por la FIA desde 1985 garantizan la capacidad de carga del monocasco y la estructura de choque, haciéndose más estrictas en los últimos años.

Desde 1997, ha sido obligatoria la estructura trasera de impacto así como estructuras de impacto laterales y el arco antivuelco, debiendo pasar los crash test cada año.

A partir de este punto, la FIA ha continuado elevando el nivel de requisitos a aprobar al incrementar la velocidad de impacto en un accidente dinámico.

Para prevenir que los brazos de la suspensión atraviesen el monocasco, la FIA impuso que la primera capa de la célula de supervivencia debía estar hecha de kevlar – un material altamente resistente a fuerzas de penetración. Regla que salió a la luz tras el accidente de Michael Schumacher en Silverstone, donde una de las barras de la suspensión delantera izquierda le rompió la pierna.

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En general, los compuestos empleados no tienen, de largo, rival como material de absorción de impactos, con una energía de absorción específica (SEA) – medida en kilojulios por kilogramo de material utilizado – mucho mayor que sus homólogos metálicos – proporcionando una optimización más que suficiente.

La decisión de usar polímero reforzado con fibra de carbono como material de absorción fue bastante sencilla. La comparativa de la SEA de varios componentes, muestra que el acero alcanza los 12kJ/kg, mientras que el aluminio llega a los 20kJ/kg.

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Sin embargo, una buena optimización de la fibra de carbono puede absorber entre 40kJ/kg y 70kJ/kg en un diseño altamente refinado y probado.

Basta decir que, desde la perspectiva de seguridad, el polímero reforzado con fibra de carbono no parece probable que sea sustituido como material en Fórmula 1 a corto plazo.

Como todo en este deporte, la FIA también impone unas dimensiones en el diseño del monocasco. Contando con el suficiente espacio interior para que las piernas del piloto sean prevenidas por lesiones por accidente al implantar unas medidas mínimas. Las dimensiones exteriores están también limitadas en la máxima medida para evitar ideas salvajes de los ingeriores. Como última medida, la sección transversal exterior de la célula está limitada en dimensiones mínimas también.

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fuente: formula1-dictionary

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