Por qué es tan difícil alcanzar la temperatura óptima de los neumáticos en la F1

A nivel general, el cambio en la competitividad de los coches en la temporada 2024 ha sido evidente. Red Bull, que dominó en el principio, se ha visto amenazado y superado por McLaren y Ferrari. Mercedes también ha incrementado su competitividad, siendo en ocasiones el mejor de la categoría. 

Sin embargo, desde un punto de vista más microscópico, hay oscilaciones considerables de un día a otro e incluso de una sesión a otra. Parece que esto fue más frecuente que nunca en la pasada temporada. ¿Qué podría estar causando estas aparentes incoherencias?  

Por supuesto, la proximidad de los competidores puede amplificar el efecto. Hace unos años, un par de décimas costaban muy pocas posiciones en la parrilla; hoy pueden ser catastróficas. Sin embargo, hay algunos factores que pueden influir. Por ejemplo, si un coche tiene poca sensibilidad aerodinámica al girar, puede ir bien en un entrenamiento matinal sin viento, pero perder rendimiento relativo en una sesión de clasificación con ráfagas de viento. La puesta a punto también parece ser más crítica en los coches actuales, pero el factor más dominante, y el que más se oye mencionar a los pilotos, es la temperatura de los neumáticos. 

Analicemos por qué esto parece ser un problema. Para ello tenemos que entender cómo genera agarre un neumático y qué factores afectan a ese agarre, pero en primer lugar respondamos a la pregunta obvia: ¿qué importancia tiene el agarre? En un circuito medio, una pérdida de agarre del 1% en los neumáticos supone una pérdida de 0,3 segundos en el tiempo por vuelta, lo que equivale aproximadamente a llevar 10 kg más de combustible o a perder unos 10 puntos de carga aerodinámica. Esto demuestra su importancia. 

Un neumático es una compleja amalgama mecánica y química. La goma es un material complicado que se comporta de forma muy diferente a distintas temperaturas y frecuencias de excitación. Se denomina material viscoelástico porque no presenta una relación simple de tensión/deformación como un muelle de suspensión, ni es una relación puramente viscosa como un amortiguador de suspensión. Un muelle produce una fuerza de recuperación proporcional a su desplazamiento, y un amortiguador, proporcional a su velocidad o a la rapidez con que se comprime. El caucho se sitúa en un punto intermedio, ya que responde tanto al desplazamiento como a la velocidad y, al igual que un amortiguador de suspensión, pierde energía calentándose. Al deformarse en las curvas, al frenar o al traccionar, así como al deformarse en las rectas, el neumático se calienta. También está sometido al calentamiento de los frenos pero, a la inversa, la parte que no está en contacto con la pista se enfría por la corriente de aire que pasa por encima. 

Existen dos mecanismos de adherencia que reciben diferentes nombres. El primero y más importante se conoce generalmente como adherencia histerética. Se trata de la adherencia que se produce cuando el neumático se deforma en la rugosidad de las pequeñas piedras que forman el agregado de la pista. La profundidad de la deformación y, por lo tanto, el agarre mecánico dependen de la temperatura. Si el neumático está demasiado frío, no se deformará en la superficie de la pista; si está demasiado caliente, no conservará suficiente fuerza mecánica para proporcionar agarre. 

A pesar de todo el dinero y el tiempo invertidos en el desarrollo del coche, el mayor reto para los equipos suele ser conseguir el rendimiento perfecto de los neumáticos.

Foto: Mark Sutton / Motorsport Images

El segundo mecanismo es el agarre adhesivo. Se trata de la atracción molecular del caucho hacia la superficie más lisa de la parte superior del agregado. Es un factor que contribuye mucho menos al agarre, pero aún así puede ser significativo en pistas lisas. Como generalización, la temperatura ideal para el agarre histerético es ligeramente inferior a la del agarre adhesivo. 

Determinar la temperatura ideal para el neumático es complejo y depende de la rugosidad de la pista y de la velocidad de deslizamiento del neumático sobre la superficie. Estos factores deben calcularse y reunirse para ambos tipos de agarre en lo que se conoce como curva maestra. Se trata de un gráfico del agarre en función de la temperatura para una condición y un compuesto de goma concretos. Típicamente, podemos ver que el pico de agarre se produce alrededor de los 105ºC, con una pérdida del 1% por debajo de los 100ºC y por encima de los 115ºC. Esta es una ventana de temperatura estrecha y explica por qué el rendimiento puede perderse tan fácilmente. 

Por desgracia, no es tan sencillo. Para determinar con precisión la curva maestra es necesario tener acceso a las propiedades mecánicas de la goma, algo que ningún fabricante de neumáticos comparte. Por tanto, los ingenieros tienen que hacer algunas estimaciones. Además, tenemos que decidir qué entendemos por temperatura. El caucho es un buen aislante. Su conductividad es unas 1.500 veces menor que la del aluminio y sólo cinco veces mayor que la de una taza de café de espuma de poliestireno. El calor se genera en la zona de contacto, y es la temperatura de la masa de caucho la que determina sus propiedades.  

Este es un breve resumen de un sistema increíblemente complejo, probablemente uno de los menos comprendidos en la ingeniería de competición, pero fundamental para el rendimiento.

Desgraciadamente, sólo podemos medir la temperatura de la superficie exterior mediante dispositivos remotos de infrarrojos y la temperatura del revestimiento interior mediante dispositivos similares montados en los sensores de presión de los neumáticos. Por lo tanto, tenemos que estimar la temperatura global, que se encuentra en algún punto entre nuestras dos mediciones. Nos gustaría que el neumático tuviera una temperatura relativamente uniforme. Un factor que puede afectar al rendimiento son las altas temperaturas superficiales con bajas temperaturas aparentes. Esto se produce por un deslizamiento excesivo, patinaje de las ruedas y, por supuesto, localmente por bloqueos de los frenos.  

También hay que decir algo sobre el graining y el blistering. El graining se produce cuando el neumático se carga a una temperatura demasiado baja, es decir, cuando es relativamente rígido, y es un fallo por cizallamiento de la superficie que provoca el rodamiento de la superficie de la banda de rodadura y una adherencia muy baja. La formación de ampollas (blistering) se produce cuando la temperatura del neumático es demasiado alta y los gases incrustados se expanden y escapan rompiendo la superficie del neumático. 

Este es un breve resumen de un sistema increíblemente complejo, probablemente uno de los menos comprendidos en la ingeniería de competición, pero crítico para el rendimiento. Esto explica la atención que prestan los pilotos a la hora de colocar los neumáticos en el momento adecuado para iniciar la vuelta de clasificación y, posiblemente, por qué los resultados no siempre son los esperados. 

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