El Roll-Cage, más alla de la seguridad

Ya llegó el momento de diseñar la plataforma base de lo que será el roll-cage o Jaula Antivuelco, de ahora en adelante, por precisión, hablaré solamente de roll-cage porque claramente la jaula no evita que el carro se vuelque, solo evita que este colapse. Sin embargo una de las funciones más importantes de estas jaulas es a menudo menospreciada, y es la de aumentar la rigidez torsional del chasis. Una de las herramientas más útiles a la hora de poner a punto un chasis son los resortes y barras estabilizadoras y la relación entre las de adelante y las de atrás, entre más rígido sea el carro adelante más se va a tender a ir de ese lado. Lo mismo pasa con un carro rigido atrás este normalmente va a cruzar mejor en la medida que aumentamos la rigidez trasera. Sin embargo esta medida de ajuste no sirve de nada si el chasis que une el tren trasero con el delantero no es muy rígido. Según la fuente, el objetivo es tener una rigidez de chasis que sea entre 10 y 100 veces la rigidez de los trenes delanteros y traseros, como pueden ver sigue habiendo un componente interesante de magia negra en este componente del carro. Hay un consenso sobre el concepto de entre más rígido mejor, pero más rígido es más pesado entonces no solo se trata de hacer más rígido sino más rígido sin que esto aumente el peso. Este es un reto muy bonito,.

 Adicionalmente esta el tema de seguridad y de normatividad. Los reglamentos de los campeonatos Colombianos son todos variantes del Grupo A de la FIA, y el reglamento FIA para seguridad en los Grupo A es el Articulo 253 del Anexo J. Esto es algo que todo piloto o preparador de carros de competencia debe conocer. Al final del dia ellos recolectan todas las experiencias de accidentes en el mundo y crean reglamentos para mitigar estos riesgos. También han sido bastante exitosos en su tarea de crear un automovilismo más seguro.

El reglamento habla de un roll cage mínimo. Les recuerdo que cuando habla de fecha de homologación no es el modelo del carro sinó la fecha de fabricación del carro de carreras, o la fecha en la que ese vehículo se dedicó a la competencia. Para nuestro caso el roll bar mínimo es el 256-36C porque en el carro solo va un ocupante. 

Sin embargo nosotros como equipo tomamos la decisión de reforzar un poco la protección de impactos laterales, particularmente porque en Colombia no solo se corre en autodromos sino también en circuitos callejeros donde hay arboles entonces decidimos exceder la norma en los miembros de imapctos laterales. Los más usados en los carros de Rally son los 253-9 y estos son los que vamos a usar en el carro.

En adición a esto en las diferenes categorias del mundo se usan muchos distintos diseños de elementos adicionales al roll bar, sea para dar rigidez o resistencia. Como estas láminas que se usan para unír el roll cage con el chasis y así aumentar la rigidez.

También se agregan elementos de refuerzo para hacer más rigido el chasis como en este corsa de Grupo 2 Argentino

Nosotros hemos decidido valernos de herramientas computacionales y de ensayos físicos para determinar la configuración optima del roll cage. Estas las mostraremos en futuros post a este blog, pero por ahora vamos avanzando con nuestro diseño básico. y en tener un modelo de elementos finitos que nos permita evaluar cuanto una barra le aporta al carro. Recuerden que cada 7Kg de material que nos ahorremos es el equivalente de 1hp de motor. Cuando uno le esta soldando tubos al carro, el peso se aumenta rápido.

También por la misma razón que vamos a hacer los miembros de impacto lateral por encima del mínimo vamos a hacerle un refuerzo importante al piso, ya que en impactos laterales este tiene la mania de colapsar empujando al piloto hacia arriba y potencialmente forzándolo contra la parte alta del aro. Por esto pensamos que es critico tener un piso bien reforzado.

También es fundamental para un buen roll bar el material. para esto la FIA tiene también una norma. 

Es importantisimo que miremos esto ya que la FIA nos dice que espesor y que diámetro de tubería utilizar. La variable clave es que estas medidas, en particular el espesor es el mínimo que debe haber con el roll cage instalado y doblado. Lo digo porque hay que buscar un tubo con un espesor un poco mayor, aproximadamente 0.2 para que en los dobleces este no se baje por debajo del mínimo. También vemos que la FIA especifica tubo sin costura, esto es un dolor de cabeza para los que queremos hacer el carro en Colombia porque el bendito tubo no se consigue fácil en las medidas que necesitamos. Hay una tentación para usar tubos con costura, pero la costura reduce más o menos en 40% la resistencia del tubo, lo que implica que para hacer seguro el carro hay que incrementar en 40% el peso del roll cage. Pilas con esto todos los que tengan roll cages de tubería con costura, al final ustedes son los que están ahi metidos.

Sobre si usar chromoly (4130) o no, lo primero que quiero hacer es romper un paradigma, el chromoly no es más liviano, un tubo de chromoly pesa exactamente lo mismo que un tubo de cualquier otro acero siempre y cuando tengan las mismas dimensiones. El acero tiene una densidad de aproximadamente 7800 Km/m^3 y el chromoly tiene la misma que los demás aceros. Osea que si queremos cumplir con el reglamento FIA, encontramos que la jaula en chromoly o en tubería sin Costura DOM ambas van a pesar lo mismo. Si la FIA dejara hacer jaulas de otras dimensiones según el material sería otra historia pero este no es el caso. El chromoly tampoco es más rígido que el DOM, todos los aceros tienen una rigidez similar, de alrededor de 210,000 Mpa. Lo que el chromoly si tiene es mayor resistencia, osea que el chromoly resiste mayor fuerza antes de romperse que los otros aceros incluido el DOM. La FIA hace pruebas como la que vemos en el video de arriba, para determinar si su especificación de roll cage funciona o no, y con estas pruebas determinan cuales son los diametros, espesores y geometrías de roll cage a utilizar. Todo esto lo hacen para roll cage de acero DOM, que no es chromoly pero es sin costura y ya sabemos que resiste las pruebas más impresionantes. El DOM sin embargo vale la mitad que el Chromoly $10 USD por metro versus $20 USD por metro en volumenes bajos puesto en USA. Nosotros con base en esto escogimos hacer nuestro Roll cage en DOM que vamos a tener que importar de USA. Por cierto vamos a importar el doble de lo que se necesita por si alguien esta buscando armar un roll cage, nos puede contactar y hablamos.

Esperamos no haber estado muy carretudos en esta entrada pero el tema de seguridad es fundamental. Preferimos pensar dos y hasta tres veces en el computador y cortar y soldar metal una sola vez. Más adelante más imagenes del diseño, de la optimización estructural y de la fabricación del roll cage.