TÉCNICA: Análisis del Rake en los monoplazas de Fórmula 1

En esta temporada 2017 de Fórmula 1 ha sorprendido el gran ritmo de los SF70H de Ferrari. Este gran rendimiento se puede atribuir a una mejora de la unidad de potencia, sin duda, pero también a la extraordinaria aerodinámica que la acompaña. Y uno de los sistemas fundamentales de esta nueva carrocería es el rake: un sistema revolucionario original de Red Bull, pero al que parece que los de Maranello han sabido sacarle el máximo partido.

¿Qué es el rake?

Básicamente, es la inclinación que tiene el suelo del monoplaza respecto al asfalto. Tradicionalmente, se colocaba en paralelo, pero a Newey se le ocurrió que, dándole cierto ángulo, se conseguirían unas mejoras importantes en el rendimiento aerodinámico.

Mejora en el drag

La aerodinámica de cualquier coche de competición trata de que el aire que atraviesa provoque la mayor downforce posible junto con el mínimo drag. Esto es, utilizar la forma del vehículo para que sea “empujado” por el aire hacia abajo lo máximo posible para conseguir grip y tener un paso por curva más rápido, sin que eso se traduzca, en la medida de lo posible, en un aumento de la resistencia al avance:

Sin embargo, esa resistencia del aire que se opone al sentido de avance del coche es beneficiosa en frenada. Y esto es en lo que se basa el rake: menor resistencia al avance del coche en aceleración y mayor resistencia en frenada.

Pero, ¿cómo lo consigue?

Para entenderlo, primero debemos saber de qué depende esa resistencia, y ésta es directamente proporcional al coeficiente aerodinámico o de drag -que depende de la forma del coche-, de su área frontal y de la densidad del aire, pero ésta es la misma para todos los coches. Además, la potencia necesaria para vencerla aumenta exponencialmente con la velocidad.

Área frontal del SF70H.

El área frontal, en el caso de tener un monoplaza con el sistema del rake, será mayor cuando esté frenando y menor cuando esté acelerando. Este efecto se consigue gracias a la transferencia de carga que se produce cuando se acelera o frena, que provoca un giro (cabeceo) en torno al centro de rotación del coche.

Momento de aceleración del monoplaza

Momento de frenada del monoplaza

Como vemos, con ese giro de cabeceo, tanto el suelo del monoplaza como la parte superior, se pueden colocar mucho más paralelos al asfalto si la aceleración es suficiente. Esto hace que la altura del coche disminuya cuando se acelera y, por tanto, también el área frontal.

Es fácil intuir lo difícil que les resultará a los ingenieros optimizar la suspensión del coche para facilitar el cabeceo sin perder estabilidad.

Hay que tener en cuenta que solo disminuye el área frontal respectivo al chasis, no a los neumáticos, y lo hace en la misma proporción que se reduce la altura, puesto que el ancho del coche no va a variar. Puede parecer que es una diferencia mínima, pero como hemos dicho, la potencia necesaria para vencer la resistencia del aire aumenta exponencialmente con la velocidad, y esto lleva a que esa diferencia de área frontal, por pequeña que sea, haga ganar algunos caballos.

El coeficiente de drag, por su parte, varía de un circuito a otro, dependiendo de la setup más apropiada en cada caso (se buscará más downforce en circuitos revirados, y menos drag en circuitos de alta velocidad).

Pero, además, con ese giro de cabeceo, también se modifican las inclinaciones de los distintos perfiles aerodinámicos que tiene el coche, y eso conlleva que también el coeficiente de drag (C_D), que depende de ellos, varíe positivamente:

Mejora en el rendimiento del difusor

El difusor es una de los elementos que más downforce genera en los monoplazas y los equipos intentan que la mayor cantidad posible de aire pase a través de él para maximizar su rendimiento. Por otro lado, cuanto más cerca esté el alerón delantero del asfalto, más rápido irá el aire bajo él, se generará mayor depresión y, con ello, una mayor downforce.

Para conseguir ambas cosas, el rake es la solución; permite tener el alerón delantero tan bajo como permite el reglamento sin que eso afecte a la cantidad de aire que pasa por el difusor. Sin embargo, el ángulo de rake es algo que tienen que estudiar muy a fondo, porque, aunque todo parezcan ventajas hasta aquí, tiene el inconveniente de que puede generar pérdidas de aire laterales si el ángulo es excesivo, lo que conllevaría a una pérdida drástica de rendimiento en el difusor.

Conclusión

En resumen, podemos decir que el rake es un sistema que no solo funciona en la teoría, sino también en la práctica, especialmente gracias a los resultados que están teniendo en Ferrari esta temporada, aunque hay varios equipos que también lo utilizan. Sin embargo, por ser algo que condiciona el resto del chasis, incluyendo las suspensiones, es muy difícil incorporarlo y que se obtenga un buen rendimiento.