Ancora poche ore e i motori torneranno a rombare. Il Circus della F1 sarà di scena sul tracciato Hermanos Rodriguez di Città del Messico. Un teatro particolare, unico nel suo genere, visto che sorge ad un’altitudine di 2285 metri sul livello del mare. Una condizione per la quale le power unit non sono progettate considerando che, mediamente, i “teatri s’asfalto” vengono edificati ben al di sotto di questa quota. Una gara che necessita di soluzioni e di settaggi specifici che hanno il compito di cercare di limitare gli svantaggi derivanti dalla minore densità dell’aria.
Il cambiamento di altitudine rispetto alla stragrande maggioranza delle altre piste ha un effetto enorme su molti elementi di un’auto di F1. Se il meteo e le temperature sperimentate al Gran Premio di Città del Messico non sono particolarmente diverse da quelle che riscontriamo altrove nello stesso periodo dell’anno, le condizioni ambientali sono uniche e offrono ai team alcune sfide da affrontare che possiamo definire singolari.
Nel dettaglio, come l’elevata quota influisce sul comportamento di una vettura? Gli effetti più evidenti sono riferibili al motore e, più specificamente, al turbocompressore. Questo elemento vitale di una moderna power unit si nutre essenzialmente di ossigeno che viene compresso e spedito nella camera di combustione. Viene da sé che l’efficienza del particolare in oggetto è pesantemente correlata alla quantità di particelle d’aria e alla densità delle stessa. Che, a quell’altezza specifica, diminuiscono sensibilmente.
Il principiò è semplice e noto: più siamo in alto nell’atmosfera, più l’aria è rarefatta. Questo succede perché l’aria ha un peso. Più ci si avvicina al livello del mare, più l’aria viene compressa verso il basso. Cosa che genera, dunque, più compattezza, più ricchezza di particelle che la compongono. A 2.285 metri sul livello del mare, c’è circa il 25% in meno di densità dell’aria rispetto a quota zero. Quindi ritroviamo esattamente un quarto in meno di ossigeno.
Una vettura di F1 subisce gli effetti della rarefazione dell’aria in tre diversi e cruciali frangenti: sull’aerodinamica, nel raffreddamento e nel funzionamento della power unit. Questi elementi sono fortemente influenzati dalla quantità di aria totale a loro disposizione. Averne un 25% in meno significa arrivare a prestazioni diverse.
L’alta quota non ha un impatto diretto sulla gara in sé perché tutti i contendenti sono colpiti allo stesso modo. Tuttavia, ogni auto viene concepita in base a determinati principi che possono essere più o meno sensibili agli effetti dell’altitudine. Pertanto alcune potranno andare meglio e altre adattarsi peggio. Questa evidenza fa sì che sia difficile stabilire i veri livelli di competitività su una pista come quella che sorge alle porte di Città del Messico.
Andiamo per ordine e osserviamo cosa produce la scarsità d’ossigeno su ognuno dei tre fattori succitati.
Gp Messico 2021-analisi tecnica: aerodinamica
A causa dell’aria rarefatta, la resistenza aerodinamica di una monoposto è molto più bassa. L’auto, nel suo procedere, deve spostare meno particelle d’aria tagliandola, dunque, più velocemente visto che incontra meno ostacoli. Questa è la ragione per la quale le vetture sono così veloci sui rettilinei in Messico.
Si pensi che la velocità massima è addirittura superiore a quella che si registra nel Gran Premio di Monza. L’anomalia risiede nel fatto che si usa il medesimo carico alare che si imposta nel GP di Montecarlo.Tuttavia, la presenza di un minor numero di particelle di fluido, ha anche l’effetto di generare una minore deportanza poiché c’è meno peso che spinge l’auto verso terreno. La perdita di carico aerodinamico è stimabile introno al 25% circa.
Ecco perché, di conseguenza, viene utilizzato il pacchetto da alto carico che, date le condizioni ambientali, genera lo stesso livello di deportanza (o anche leggermente inferiore) di quello che si ottiene a Monza con la configurazione più scarica del mondiale. L’aderenza aerodinamica è pertanto piuttosto bassa in Messico. Il vantaggio è dato dal poter usare una grande ala senza la penalità della resistenza. Da qui velocità massime molto molto elevate.
Gp Messico 2021-analisi tecnica: funzionamento power unit
Se ci trovassimo nello scenario pre-power unit turbo ibride, ossia di motori aspirati, la differenza di prestazioni su una pista ad alta quota sarebbe molto più elevata poiché minore sarebbe portata d’ossigeno nel motore. Cosa che avrebbe limitato il processo di combustione. In questo contesto la perdita di prestazioni sarebbe del 25%. Sulle attuali unità propulsive questo degrado viene aggirato parzialmente dal turbocompressore.
La turbina gira ad una velocità elevatissima per pompare più aria nel motore. Questo processo fa sì che entri nella camera di combustione tre volte tanto la normale portata d’aria. In Messico il turbo deve lavorare di più per compensare la minore densità dell’aria e lo fa girando a una velocità più elevata, nel tentativo di recuperare parte della perdita di prestazioni.
Tuttavia, la turbina non si può spingere oltre i livelli di guardia. Si stima che lo si può utilizzare ad un 20% oltre il normale impiego perché sono pezzi progettati e costruiti per le normali condizioni di gara, non di certo per la pressione ambientale peculiare dell’Autodromo Hermanos Rodríguez. Quindi la riduzione della potenza della power unit è molto sensibile. Fenomeno compensato dalla minore resistenza all’avanzamento del corpo vettura.
La scarsa densità del fluido produce effetti anche sulla parte ibrida. Vediamo come. L’MGU-H è meno efficace perché meno aria nel motore significa meno potenza e, di conseguenza, meno gas di scarico che il dispositivo recupera per trasformarli in energia utile. Alcuni motoristi se la caveranno meglio di altri a seconda delle dimensioni del loro turbo e del layout del loro sistema di alimentazione.
Gp Messico 2021-analisi tecnica: raffreddamento
Il processo di raffreddamento di una monoposto di F1 è piuttosto elementare nel principio: particelle d’aria fresca passano attraverso le prese di raffreddamento, impattano sulla superficie ad alta temperatura e “raccolgono” il calore dai vari componenti prima di essere disperse dalla parte posteriore dell’auto sotto forma di aria calda. Ad un’altitudine più elevata si ha il solito problema: viene fatta passare meno aria attraverso i radiatori, le prese d’aria e i condotti. Il che si traduce in un minor raffreddamento determinando che i vari elementi costitutivi di una monoposto, come la PU e i freni, si surriscaldano oltremisura. Richiedendo, quindi, condotti molto più grandi per operare un efficace raffreddamento.
Ovviamente, i team cercano di aumentare il più possibile le dimensioni delle prese d’aria e dei condotti per portare più particelle d’ossigeno alle parti che le richiedono. Con la solita controindicazione: la riduzione delle prestazioni aerodinamiche e l’aumento della resistenza. Da ciò la necessità di cercare il giusto compromesso tra “l’obbligo raffreddante” e l’efficienza aerodinamica.
Raffreddare l’auto in modo appropriato è probabilmente la sfida più grande che i team devono affrontare nel Gran Premio del Messico. Lo è per la power unit che soffre la mancanza di un flusso d’aria sufficiente. Cosa che va a limitare il potenziale e mette a rischio l’affidabilità. Ne risentono i freni che si surriscaldano arrivando ad un’usura accelerata o addirittura alla smaltatura, ossia quel fenomeno che si verifica laddove la superficie si brucia, diventando lucida e scivolosa.
Condizione che fa abbassare l’attrito. Ancora, il turbo gira a velocità più elevate e provoca ulteriori sollecitazioni meccaniche sugli elementi della turbina e del compressore. Queste sono tutte questioni delicate che le squadre devono considerare, monitorare e alla quali adattarsi.
Per tali motivazioni il Gran Premio del Messico non può essere considerato un appuntamento come gli altri. Presenta sfide tecniche molto provanti che richiedono una cura specifica. Quando osserviamo le monoposto girare dovremmo sempre considerare cosa accade in background. E se i pronostici della vigilia vengono sovente sovvertiti è proprio perché non tutte le scuderie riescono ad adattarsi al particolare cotesto ambientale. L’altitudine elevata, quindi, interviene come un ulteriore elemento destabilizzante in un campionato del mondo nel quale l’incertezza e l’imprevedibilità regnano sovrane.
Autore: Diego Catalano – @diegocat1977
Foto: Mercedes AMG F1 Team
Ben scritto e chiaro.