La computacion domina la Fórmula 1

Sábado a la tarde en un Grand Prix de Fórmula 1. La prueba de clasificación que establece la grilla de partida para la carrera está en plena ebullición. Los automóviles son exigidos al máximo. Sistemáticamente, los tiempos caen con cada salida a la pista. ¿Habilidad de los pilotos? En un porcentaje, por supuesto que sí. ¿Mérito del auto? En otra gran porción, es indudable. Pero, ¿cómo se diseñó ese bólido que viaja a más de 300 km/h? ¿Cómo se pusieron a punto el chasis, las suspensiones y el motor en los boxes? Ambas preguntas tienen una misma respuesta: con la sabiduría tecnológica de los hombres y con el cada vez más imprescindible soporte de la informática.

"Hace apenas cinco años mi puesto en Williams Grand Prix no existía -dice Andy Hope, jefe de Informática de la escudería inglesa-. Ahora, la computación es como la sangre vital que mantiene a este deporte".

Y no exagera nada. El diseño de un Fórmula 1 de hoy empieza en las computadoras.

"La aerodinámica es la clave absoluta del automovilismo: si se cuenta con una fuerte tecnología en túnel de viento y en CFD (por Computational Fluid Dynamics ), se cuenta con una gran ventaja", explica el jefe operacional del equipo Williams, Sam Michael.

Lo ratifica Sergio Rinland, un ingeniero argentino de 50 años que es director de Diseño de Arrows: "El primer paso del desarrollo de un Fórmula 1 es analizar las formas del auto en el CFD, que es un software para estudiar el comportamiento de los fluidos".

Pero, ¿qué es concretamente el CFD? Cuando un F1 corre por un circuito gasta una sustancial parte de la potencia del motor en abrirse camino a través del aire. El diseño aerodinámico de un vehículo de competición (y de cualquiera, en realidad) es un cuidadoso balance que permite evitar un drag (resistencia) que penalice la velocidad máxima, mantener una excelente aceleración y mover el aire de forma útil con objeto de crear downforce (básicamente, generar fuerzas hacia abajo que mantengan al auto bien pegado al piso), con la finalidad de mejorar la maniobrabilidad, la tracción y, además, dirigir el aire que necesita el motor para funcionar y el indispensable para refrigerar los frenos.

En virtud de esto, las cuidadas formas de una carrocería tienen un objetivo concreto: deben desplazar el aire alrededor del auto sin crear demasiada turbulencia, que siempre es perjudicial. Los aerodinamicistas, entonces, usan estas formas para controlar la velocidad y la dirección del aire que fluye sobre la superficie del auto.

La velocidad a la cual el aire viaja sobre el auto tiene influencia directa en la presión que ejerce en éste. Si el flujo es rápido, la presión es menor. Si, en cambio, el aire es más lento, la presión es mayor. Esto es conocido como la ecuación de Bernoulli y es la principal razón de los perfiles de un F1.

El balance del downforce, el drag y la presión es una tarea muy dificultosa en el diseño de F1. Para esto, la herramienta más poderosa es el CFD que ayuda a los aerodinamicistas a determinar si el diseño es viable o no, y dónde es eficiente y dónde no. Todo sin necesidad de fabricar nada ni de efectuar ningún tipo de simulación física.

El software CFD simula las teorías aerodinámicas; por lo tanto, las computadoras que lo soportan deben ser poderosas. Esto es, capaces de procesar una vasta cantidad de datos, mientras calculan las complejas ecuaciones que se necesitan para emular el movimiento de los fluidos. En su factoría de Grove, en Inglaterra, Williams Grand Prix basa sus procesos de diseño y construcción de automóviles de Fórmula 1 en las computadoras. "En nuestro centro de operaciones, la fuerza principal es la supercomputadora Compaq AlphaServer/Tru64 Unix instalada el año último. Su utilización principal es en la dinámica de fluidos computacional", explica Michael.

"Los alerones delanteros y traseros, y los conductos de frenos del FW24 (el actual modelo del equipo) son las áreas principales en las que la AlphaServer nos ha ayudado. En mi opinión, gracias a ella tenemos entre un 30 y un 35% de mejoría en la aerodinámica", afirma categórico.

Por eso, las formas de los autos de Fórmula 1 son cuidadosamente tapadas con plásticos o lonas mientras descansan en los boxes, para evitar que los rivales las copien. Tanto que "en este negocio, donde los pasos hacia adelante se miden en centésimas de segundo que provienen del análisis de matemática compleja y enormes cantidades de datos relevados en la pista, la ventaja dura sólo una carrera", señala Phil Adey, jefe de aerodinámica de McLaren-Mercedes Benz.

Otro punto clave: la capacidad de cálculo matemático. "En efecto, hay mucha matemática aplicada en el diseño", dice Rinland, que utiliza en Arrows el software Nastran para cálculos de elementos finitos, Matlab para otras operaciones y simulación (ambos sobre PC con Windows NT) y el programa Fluent de CFD sobre Unix.

El propio Adey explica el segundo paso en el diseño de un Fórmula 1: "El equipo que trabaja con el CFD (McLaren utiliza una docena de workstations Sun y un Server Sun Enterprise 3500 para esta tarea) obtiene una forma testeada virtualmente. Luego es el turno de probar el componente o todo el auto en el túnel de viento". Es más, "el estudio de las formas de un Fórmula 1 comienza en el túnel de viento normalmente tres meses antes que se empiece a diseñar el auto físicamente". Para esto se utilizan túneles manejados a través de computadoras, que permiten probar autos en escala 1:1 y con pisos móviles.

El dibujo virtual

Por fin, llegamos al tablero de dibujo. ¿Qué? Esto ya prácticamente no existe. Ahora (en realidad desde hace bastante tiempo) se diseña con una computadora. Y para esto se usan los ya conocidos programas CAD/CAM (por Computer Aided Design and Manufacturing); es decir, el diseño y fabricación asistido por computadora.

En este rubro, los equipos de Fórmula 1 parecen coincidir: la mayoría utiliza el software Catia en sus versiones V4 y la flamante V5, desarrollado por Dassault Systemes, en Francia, para IBM.

"Una vez que los aerodinamicistas determinan las formas que debe tener el monocasco (el chasis de un Fórmula 1) se comienza a diseñar éste -afirma el argentino Rinland-. En el caso de Arrows usamos el software Catia en sus versiones V4, corriendo en workstations Silicon Graphics con Unix, y V5 sobre PC con Windows NT que son igual de poderosas." En Woking, Inglaterra, en la sede de McLaren, el diseño no es un proceso menor: en él trabaja un equipo de 350 ingenieros que también utiliza el Catia de CAD/CAM sobre estaciones de trabajo Sun con sistema operativo Solaris. Este equipamiento se usa para crear modelos 3D del auto hasta en sus mínimos detalles antes que éste sea fabricado en forma física. No obstante toda la ayuda informática, el proceso de diseño de un Fórmula 1 necesita cinco meses de trabajo y construir el vehículo, otros cinco.

"Aunque los autos parezcan iguales, de los 3500 componentes de un Fórmula 1 sólo entre un 10 y un 20% de las partes de un modelo pasan a su sucesor", remarca Gary Anderson, director técnico de carreras y test de Jordan Grand Prix. "Durante junio y julio de cada año desarrollamos los conceptos para el auto que utilizaremos en la siguiente temporada. Para eso utilizamos workstations Hewlett-Packard Visualize que nos permiten diseñar y desarrollar cada componente desde cero. La capacidad de visualización de estos equipos le da a nuestros ingenieros no sólo la habilidad de renderizar componentes en forma realista, sino también de girar las piezas en todas direcciones para analizarlas en profundidad".

En la manufactura del vehículo también es imprescindible la asistencia de computadoras, que comandan las máquinas que crean las piezas verdaderas. "En la primera parte del proceso, por ejemplo, se generan estereolitografías que son como una impresión en 3D -comenta John Saville de Jaguar Racing-. Es decir, tomamos modelos 3D renderizados en una computadora y los imprimimos . Luego, tenemos un contenedor con resina foto sensitiva y un láser que la recorre y la golpea, igual que una impresora de matriz de punto, hasta formar íntegramente el modelo físico de la pieza, que constituye la base para la posterior fabricación. Sin computadoras, esto es imposible."

Con stress, pero veloz

Hay un viejo refrán turfístico que dice: "en la cancha se ven los pingos". Esto es perfectamente aplicable al automovilismo. El rendimiento en los circuitos, traducido básicamente en los tiempos de vuelta, determina si un diseño es exitoso o no.

Pero antes, hay más verificaciones, como el denominado stress testing , que prueba el auto sometido a las presiones que recibe en un circuito determinado. Esto tiene dos objetivos: comprobar la integridad estructural de los componentes, por razones de seguridad, y obtener la mejor puesta a punto posible del vehículo.

"En McLaren utilizamos computadoras para verificar la performance de los autos bajo presión. Se trata de un test que se denomina FEA ( Finite Element Analysis ) que nos permite ver cómo se comporta nuestro MP4/17 en un circuito específico. En otras palabras, reproducimos en el espacio virtual las condiciones que capturamos en el autódromo en cuestión. Así se optimiza al máximo la puesta a punto (balance aerodinámico, regulación de las suspensiones, funcionamiento del motor) del auto para esa pista en particular", dice Scott Bain, uno de los ingenieros de diseño de McLaren.

Pero no crea que en los boxes no se trabaja. Por el contrario, las 60 o 70 personas que emplea cada equipo en una carrera no tienen demasiado tiempo para el ocio. Y, una vez más, la informática es fundamental en la actividad que se desarrolla en los pits (boxes).

"Nuestros ingenieros de pista ya no usan papel, lapicera y cronómetro -expresa gráficamente Rinland-. El personal de Arrows en las carreras utiliza un programa propio para recopilar datos e incluso contamos con una serie de computadoras de mano

Los fierros que se usan en Fórmula 1

Compaq, Sun, Hewlett-Packard y otras proveen sus mejores servidores

Las escuadras de la Fórmula 1 utilizan todo tipo de equipamiento informático. Desde computadoras de bolsillo hasta poderosos servidores. Así, Compaq, principal patrocinante y soporte informático de Williams; Hewlett-Packard, que asiste a escuderías como Jordan y Jaguar, y Sun, socio técnico de McLaren-Mercedes Benz, proveen algunos de sus mejores servers para estos equipos de F1.

Compaq AlphaServer / Tru64 Unix: la gama cuenta con equipos que contienen de 1 a 32 microprocesadores Alpha de 64 bits en paralelo, memorias expandibles hasta 256 gigabytes y una capacidad máxima de almacenamiento interno de 504 GB. Es capaz de manipular 12,8 GB/seg de datos de entrada/salida.

Sun Entreprise 3500: puede alojar entre 1 y 8 procesadores SPARC V9 de 64 bits, una memoria principal de 1 a 16 GB por sistema y es capaz de soportar hasta 10 terabytes de almacenamiento externo.

Hewlett-Packard Visualize: esta gama utiliza 2 microprocesadores PA-8600 de 552 MHz y está especialmente diseñada para soportar texturas 3D, para lo cual cuenta con más 110 MB de memoria de textura por canal. La cantidad de RAM de este equipo varía entre 1 y 8 GB del tipo SDRAM de 120 MHz. La resolución gráfica que permite es de 1920x1200 por canal.

Compaq iPAQ para comunicarnos con la fábrica, en cualquier momento, mediante teléfono móvil. También los sistemas de adquisición de datos y telemetría están basados en las computadoras. Arrows maneja para esto un sistema, provisto por PI Research, que incluye, además de los programas, una vasta cantidad de sensores de presión, velocidad, temperatura, flujos y aerodinámica que generan un enorme volumen de información que se captura con notebooks al borde de la pista o por telemetría, para luego analizarlo", concluye.

"En las carreras aprovechamos al máximo toda la tecnología informática disponible -señala Sam Michael de Williams-. Desde un punto de vista operacional, utilizamos desde computadoras de mano iPAQ, que usan los mecánicos para registrar fallas en los autos, pasando por notebooks Evo N600, que es nuestra principal herramienta de análisis de datos, hasta cinco o seis servidores Compaq ProLiant que tenemos permanentemente funcionando en nuestro pit." Una de las funciones principales de estos servers es el monitoreo constante de los motores (régimen, presión de aceite, temperatura de agua y otros). No son pocas las veces que los ingenieros hacen abandonar la carrera a un piloto cuyo vehículo parece funcionar a la perfección.

"Este monitoreo se va a incrementar -señala el propio Michael-. El reglamento técnico 2002 de la Federación Internacional del Automóvil autorizó la telemetría bidireccional (la transmisión constante de datos boxes-auto mientras éste se encuentra en la pista), que permite cambiar la configuración del auto aun en plena competencia," Al respecto, Juan Pablo Montoya, la estrella colombiana del equipo Williams, afirma : "Estamos empezando con esta tecnología, pero constituye una apoyo fundamental durante las competencias. Antes, todo estaba preestablecido, pero ahora podemos modificar elementos como el control de tracción y los diferenciales, lo que es una gran ayuda para ajustar el comportamiento del auto a las cambiantes condiciones de parámetros como el peso (a medida que gasta el combustible), el estado del asfalto y otros". La informática, está claro, domina la Fórmula 1 de hoy. Parece una aseveración temeraria, pero no tanto. Como dice Saville, de Jaguar, "Muchas de las tecnologías desarrolladas y aplicadas en un Fórmula 1 serían imposibles sin la asistencia de una computadora".

Es que los bólidos no sólo están sobre la pista, detrás de las paredes de los boxes hay otros tanto o más veloces.

Por Gabriel Tomich

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