F1 – Como será o amanhã

O “cogumelo” de turbulência gerado em uma disputa

Um fato intrigante da F1 é quando um piloto persegue um competidor com velocidade visivelmente maior, entretanto quando se aproxima do concorrente tem uma dificuldade muito grande para conseguir uma ultrapassagem. Acontece porque o carro da frente cria uma espécie de cogumelo de turbulência prejudicando o “downforce” do veículo de trás, ou seja, tem a tração reduzida.

O efeito que aparece quando os monopostos andam muito juntos é resultado do ar quente e turbulento que se forma por conta do carro à frente. Os pneus criam uma enorme bagunça aerodinâmica, geram uma esteira desagradável de ar caótico de baixa energia e, se atuar sobre o próprio carro, perde a capacidade de gerar “downforce". Então, como explica James Allison, técnico da Mercedes, desde 2009 estão desenvolvendo técnicas para se livrarem do fluxo de ar criado por volumes em movimento e jogá-lo o mais longe possível. Os principais elementos que auxiliam neste processo são a asa dianteira, os dutos de freio dianteiros e as “bargeboards”, peças de carroçaria que cumprem exclusivamente funções aerodinâmicas. Este fluxo de ar tem que ser deslocado para algum lugar, como ele é direcionado para longe do próprio monoposto, acaba sobrando para o carro de trás e dificulta as ultrapassagens.

Quando o ar flui sobre um dispositivo aerodinâmico em movimento, perde energia e desacelera. Esse fluxo de baixa velocidade leva à turbulência e, quando em seu caminho ela passa por baixo do carro e é aquecido, cria um pandemônio que o carro de trás tem que administrar.

Em uma reta, o efeito pode resultar em uma parte da esteira fluindo ao redor do carro em perseguição, como o carro da frente efetivamente está investindo potência para vencer a resistência do ar, o de trás encontra menor resistência, menos arrasto, aumenta a velocidade e pode capitalizar este impulso adicional com uma ultrapassagem, também conhecida no jargão da F1 como “reboque”.

Turbulência em linha reta

Os problemas vêm nas curvas, onde esse “ar sujo” não está alinhado com o veículo de trás, desestabilizando o seu desempenho aerodinâmico e tornando quase impossível realizar uma manobra com segurança para ultrapassar. Uma regra prática, que não tem como ser comprovada porque varia de acordo com o ângulo entre os dois veículos, indica que quando o carro que segue está a um comprimento do carro da frente, perde aproximadamente metade de seu “downforce" (leia-se tração).



Para endereçar o problema de ultrapassagem e melhorar o cenário da F1 no futuro, o detentor dos direitos comerciais, Liberty Media, reuniu um grupo de engenheiros liderado por Pat Symonds e Ross Brawn. Este grupo realizou diversos estudos aerodinâmicos, utilizando a Dinâmica de Fluidos computacionais (CFD), bem como a análise de diferentes conceitos para 2021. Os modelos CAD eram regularmente enviados às equipes, nove das quais contribuíram para a pesquisa sugerindo soluções e enviando simulações em seus computadores. A F1 com base em seus próprios resultados e nas contribuições dos fabricantes, aconselhou a FIA sobre como escrever os regulamentos. Este trabalho resultou na promulgação das regras em outubro de 2019, desde então o papel do grupo criado para determinar as regulamentações aerodinâmicas é tentar encontrar omissões ou falhas para evitar interpretações criativas.



O objetivo para as regulamentações aerodinâmicas de 2021 é não apenas reduzir o volume do ar turbulento sobre o próprio carro, mas ejetá-lo para cima, para não prejudicar o veículo de trás, desta forma, os carros devem ser capazes de acompanhar uns aos outros de perto e possibilitar ultrapassagem em curvas.



A pesquisa aerodinâmica realizada na F1 se concentrou fundamentalmente na redução da turbulência para melhorar o desempenho dos carros de trás, mas buscou também simplificar o design dos carros, reduzindo sensibilidades em algumas áreas, levando a diferenciais de desempenho mais baixos, Como resultado, espera que a diferença entre os carros mais rápidos e mais lentos seja menor para 2021.

Para atender a estes objetivos, a F1 introduziu uma série de mudanças, incluindo:

·      Asa dianteira mais simples – com o objetivo de criar vórtices mais fracos para restringir a capacidade das equipes de controlar a turbulência gerada pelas rodas dianteiras;

·      Ausência de “bargeboards”, peças de carroçaria que cumprem exclusivamente funções aerodinâmicas;

·      Um assoalho desenhado para permitir o efeito-solo, com um difusor longo começando na frente dos sidedpods (estruturas aerodinâmicas externas de cada lado do carro para coletar a entrada de ar para a refrigeração de componentes mecânicos) e que se estende até a parte de trás do carro;

·      Alguns componentes serão restritos (ainda não padronizados) em áreas de grande sensibilidade para evitar equipes de obter muita vantagem;

·      Pneus e rodas de 18 polegadas;

·      Suspensão dianteira e traseira reprojetadas para permitir rodas de 18 polegadas.

O “novo” Fórmula1

O resultado esperado é que o carro de trás tenha, ao ficar próximo, pelo menos 86% do “downforce” do carro da frente. Com o tempo, e com os melhoramentos próprios das equipes, este número pode ficar até maior A simulações por computador mostram que os carros não terão muitas dificuldades em andar juntos, o que significa que o perseguidor terá melhor condições de atacar quem estiver na frente em trechos sinuosos.

Haverá um efeito colateral nas retas. As simulações indicam que a turbulência terá a forma de uma lágrima, implica que carro que segue não terá uma redução de arrasto significativa, o turbilhão não será mais tão eficaz. Por outro lado, se o chamado "cogumelo" está sendo ejetado mais alto, então ainda pode haver uma zona de baixa pressão atrás do carro da frente, por isso que o sistema de redução de arrasto (Drag Reduction System –DRS) permanece para 2021 para compensar a menor eficiência do “reboque”,





UP

É muito improvável que haja modificações expressivas na UP que está em uso. A Fórmula1 sempre foi protagonista em tecnologias de conservação de energia, as unidades de potência são híbridas, um motor de combustão tradicional de 6 cilindros em V (V6), de 1,6 litros com turbocompressor, utiliza os gases do escapamento para comprimir mais ar do ambiente na câmara de combustão, resultando em mais eficiência. A UP (Unidade de Potência) dos F1 também utiliza dois sistemas de recuperação de energia, o MGU-K (Motor Generator Unit – Kinetic), evolução do KERS (Kinetic Energy Recovery System) utilizado há alguns anos, com a finalidade de armazenar e reaproveitar a energia cinética dos freios para gerar maior mais potência. O MGU-H (Motor Generator Unit – Heat) recupera o calor gerado pelo turbo que é transformando em energia elétrica para contribuir com o conjunto.   Alterações nas Unidades de potência tem um custo muito alto para resultados quase inexpressíveis. Talvez adição de maior teor de combustíveis renováveis, mas, não é pode ser considerado um grande salto tecnológico. O Brasil já faz isto desde o início do Proálcool em 1975.

Motor Honda

A unidade de potência para 2021 será praticamente a que está nas pistas este ano, talvez com poucas mudanças nos materiais visando redução de custos, que em última análise, vão causar um ligeiro aumento de peso.



É verdade que o grupo da Liberty começou com planos mais ambiciosos, mas considerando que existe um bilhão de carros movidos a combustível fóssil no planeta e que a situação não vai mudar nos próximos dois anos, a contribuição da F1 seria ínfima.

O combustível para 2021 incluirá o dobro da quantidade de conteúdo renovável, aumenta para 20% e a partir de 2022 há um "roteiro ambicioso" que visa aumentar esse conteúdo renovável para o futuro. A FIA espera passar para algo que se aproxime de um combustível do tipo E20, então muito à frente de onde a indústria rodoviária mundial (exceto no Brasil, que já usa E25).





Suspensão, Rodas e Pneus F1 2021

A mudança para rodas e pneus de 18 polegadas, que foi anunciada no início deste ano, deve ter um enorme impacto nos carros. Não só permite um disco de freio maior, como a suspensão terá que ser completamente redesenhada.



Com um pneu de 18 polegadas existe menos volume de ar, pode haver variações de pressão que modificam o grip. O pneu é muito mais reativo, mais previsível e as equipes precisarão redesenhar a suspensão porque a parede lateral do pneu é muito menor do que agora. Também aumenta o diâmetro externo, então influencia mais a aerodinâmica. A interação entre o freio e a borda é muito importante, não só para a troca de calor, mas também para os fluxos de ar circulam nesta área.



Com as rodas padronizadas, as equipes terão menos oportunidades de explorar o aquecimento do aro para ajudar a gerenciar a temperatura dos pneus.



O tamanho da nova roda requer uma nova suspensão, porém os regulamentos simplificaram o projeto ao máximo. A suspensão hidráulica está proibida. Os sistemas de suspensão dos carros de Fórmula 1, que ajustados às frequências naturais de oscilação dos pneus reduzem (inerters) a carga mecânica na suspensão, também estão banidos. Estes componentes não têm relevância real para a indústria automotiva e utilizam sistemas ultracomplicados. A parte interna da suspensão traseira, molas e amortecedores e componentes cinemáticos também estarão dentro do volume da roda.











F1 2021 Peso e Velocidade

Os regulamentos da F1 2021 especificam que o peso mínimo do carro aumentará de 743Kg para 768Kg. A principal contribuição são as rodas e pneus maiores de 18 polegadas, a unidade de potência, as peças padrão, bem como alguns recursos adicionais de segurança.

Rodas e pneus padronizados em 2021

O pneu provavelmente será ligeiramente mais pesado, pois a maioria do peso de um pneu está dentro da banda de rodagem. A borda de cada pneu poderia ser cerca de 2kg mais pesada, resultando em um adicional de 8kg.

O aumento de peso, juntamente com o novo pacote aerodinâmico e outras mudanças, farão com que os carros de F1 2021 em torno de 3,0 a 3,5 segundos mais lentos de acordo com as previsões atuais. Olhando de outro modo, voltamos às velocidades de 2016, em 2017 houve um grande desenvolvimento de algumas equipes em aerodinâmica com aumento no “downforce”, aconteceu que não houve mais disputas.





Limite orçamentário da F1 2021

A sustentabilidade das equipes e o campeonato como um todo tem sido outro principal objetivo para a F1 em 2021 e levou a regulamentos financeiros drásticos. A maior mudança é o limite orçamentário de US$ 175 milhões (£140 milhões) por temporada. Embora existam várias exclusões dessa soma, o efeito líquido é que as equipes serão restritas a aproximadamente 550 funcionários, que é aproximadamente do tamanho da McLaren, Williams e Renault. Isso pode significar que Mercedes e Ferrari terão que reduzir o pessoal em 40%.







Padronização da F1 2021



Para ajudar as equipes a reduzir seus custos, os componentes agora podem ser classificados em cinco categorias:

·      Componentes de equipe listados (LTC) – componentes exclusivos produzidos por cada equipe;

·      Componentes de Fornecimento Padrão (SSC) – único fornecedor escolhido por meio de processo licitatório. Caso atual de rodas e discos de freio;

·      Componentes de design determinado (PDC) – o projeto é da FIA e as equipes podem produzir;

·      Componentes Transferíveis (TRC) – componentes que podem ser portados de uma equipe para outra como, por exemplo, a transmissão;

·      Componentes de Código Aberto (OSC) – um conjunto de componentes onde as equipes enviam seus projetos para um servidor e uma equipe rival pode fazer um componente com base neste design.

São mudanças significativas, porém é importante que a F1 não perca as suas características próprias. A F1 sempre foi reconhecida como top de tecnologia e é importante que continue sendo. A categoria obrigatoriamente tem que manter o seu DNA.

Segundo alguns dirigentes de equipes muitas pessoas estão interessadas em nossa tecnologia e é por isso que assistem f1.

Embora a licitação para uma transmissão padrão tenha sido descartada por enquanto, a F1 planeja introduzir uma especificação mais restritiva para 2021



O posicionamento da Ferrari sempre foi contra a padronização de componentes. Segundo Matia Binoto, “Como Ferrari, a princípio somos contra padronizações, mas sabemos que precisamos controlar os custos e despesas e, obviamente, há um limite de orçamento, então precisamos encontrar o equilíbrio certo". A padronização só faz sentido se economizar dinheiro e manter o espetáculo, o que ainda não foi provado (em termos, na MotoGP tem dado resultados).



Alguns administradores de equipes apoiam a padronização. Não concordam que o DNA da Fórmula 1 seja apenas desenvolvimento. Todos concordam com algumas assertivas, há que se encontrar uma maneira trabalhar com os custos, pessoas querem ver corridas interessantes, manobras de ultrapassagem. Não se importam com a forma das bordas das rodas ou com os freios. Portanto, se a solução for um maior número possível de peças padronizadas, que seja.