Por qué la temperatura de los neumáticos es un gran problema en la F1

A nivel general, el cambio en la competitividad en 2024 fue evidente. Red Bull, que dominaba desde el principio, se ha visto amenazado por McLaren y Ferrari. Por otra parte, Mercedes también ha incrementado su rendimiento, siendo en ocasiones el mejor por delante de estos tres.

Sin embargo, desde un punto de vista más microscópico, hay oscilaciones considerables de un día a otro e incluso de una sesión a otra. ¿Qué podría estar causando esas aparentes incoherencias?  

Por supuesto, la igualdad entre los equipos puede amplificar este efecto. Hace unos años, un par de décimas costaban muy pocas posiciones en la parrilla; hoy pueden ser catastróficas. Pero hay otros factores que pueden influir. Por ejemplo, si un coche tiene poca sensibilidad aerodinámica a la guiñada, puede ir bien en un entrenamiento matinal sin viento, pero perder casi todo su rendimiento en una clasificación con viento racheado y diferentes temperaturas en el ambiente.

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 eso 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 normal, una pérdida del 1% del agarre 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 aero.

Un neumático es una compleja amalgama mecánica y química. La goma es un material complicado que se comporta de forma bastante diferente según las distintas temperaturas y frecuencias de excitación. Es un material viscoelástico porque no presenta una relación simple de tensión/deformación como un muelle de suspensión, ni tiene una relación puramente viscosa como un amortiguador de suspensión. Un muelle produce una fuerza de recuperación proporcional a su desplazamiento, mientras que un amortiguador es 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 al calentarse. 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 toca el asfalto 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 la pista. La profundidad de su 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 muy caliente, no conservará suficiente fuerza mecánica para proporcionar el tan necesitado agarre. 

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 mismo. Es un factor que contribuye mucho menos al agarre, pero aún así puede ser significativo en asfaltos más lisos. 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 juntase para ambos tipos de agarre en lo que se conoce como "la 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. Se trata de una ventana de temperatura estrecha y explica por qué el agarre es tan bajo y el rendimiento puede irse 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 sus propias 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 del caucho la que determina sus propiedades.  

Desgraciadamente, sólo se puede 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, hay que estimar la temperatura global, que se encuentra en algún punto entre las dos mediciones. Lo preferible sería que el neumático tuviera una temperatura relativamente uniforme.

Un factor que puede afectar mucho al rendimiento son las altas temperaturas superficiales con bajas temperaturas aparentes. Eso se produce por un deslizamiento excesivo, patinaje de las ruedas y, por supuesto, en algunos casos por bloqueos de los frenos.  

También hay que decir algo sobre el graining y el blistering. El primero de ellos se produce cuando el neumático se carga a una temperatura demasiado baja, es decir, cuando es relativamente rígido, y genera una adherencia muy baja. La formación de ampollas se produce cuando la temperatura del neumático es demasiado alta y los gases incrustados se expanden y escapan rompiendo la goma.

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. Eso explica toda la atención que prestan los pilotos a la hora de poner los neumáticos en la ventana de funcionamiento adecuada para empezar la vuelta de clasificación y, posiblemente, por qué los resultados varían.

El "graining" y el "blistering" (en la foto) también son problemas a la hora de encontrar el rendimiento ideal de los neumáticos.

Foto: Manuel Goria / Motorsport Images