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Motores Turbo V6. El futuro de la Fórmula 1.

La introducción de los motores V6 turbo para el próximo año supondrá todo un reto para las escuderías que compiten en la máxima categoría. Los sistemas de recuperación de energía tomarán un mayor protagonismo y el deporte pretende volver a convertirse en la referencia a la hora de generar soluciones para la industria automotriz.
Friday, July 5, 2013

Julio 5, 2013 (F1plus/Jael Arias).- La máxima categoría del automovilismo está a las puertas del cambio más revolucionario que ha vivido la competición en las últimas décadas: la vuelta de los motores turbo (V6) en sustitución de los actuales V8 aspirados. Desde el año 1988, cuando Senna y Prost monopolizaron la temporada, la tecnología turbo no había tenido presencia en la disciplina. Aunque lo que viene poco tiene que ver con el espíritu de aquella época en que los propulsores eran ineficientes y débiles.

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La categoría persigue tres objetivos básicos con la reincorporación de los motores V6 turbo al deporte:

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1) Promover el uso de un equipo propulsor más eficiente, sostenible y fiable. El elevado consumo de los motores actuales será reducido alrededor de un 40% con la nueva unidad. Esto va en la línea de reducción de costes que tanto han venido pidiendo los equipos y va en consonancia con las directivas que exigen la reducción del nivel de emisiones de la industria automotriz.

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2) Magnificar aún más el aspecto estratégico de las carreras. Los sistemas de recuperación de energía (ERS, por sus siglas en inglés) supondrán todo un reto para las escuderías. Su papel dentro de los monoplazas del año que viene será mucho más preponderante, ya que el tiempo de uso se multiplicará por un factor de 5 con respecto a los actuales, lo que supone un desafío para los equipos desde el punto de vista estratégico y para los pilotos al momento de gestionar dicha energía.

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3) Acercar la categoría a los autos de calle. La F1 actual, excesivamente centrada en el aspecto aerodinámico, ha perdido relevancia a la hora de trasladar los desarrollos a los modelos de calle. Con el motor V6 turbo se pretende que la categoría vuelva a ser el laboratorio de pruebas por excelencia de la industria automotriz. Este último punto es fundamental, ya que la F1 aparte de ser la máxima expresión de las carreras de autos, es también un escaparate de marcas que ven un impacto directo de su desempeño en la categoría, en sus ventas.

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Motor V6 turbo vs. V8 aspirado

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En la tabla siguiente se comparan las especificaciones de los motores V8 actuales, frente a lo que se prevé puede ser los motores V6 turbo del año que viene. Además, se estima en que porcentaje aumenta o reduce el valor nominal de algunas de estas especificaciones. Se tratan de números aproximados, ya que todavía no se conocen de manera definitiva las especificaciones exactas de la unidad propulsora del año que viene.

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La eficiencia en el uso del combustible será un factor esencial en los motores del año que viene. La reducción del consumo en alrededor de un 40%, será uno de los retos principales que enfrentarán los ingenieros durante el diseño. Otro factor clave es la fiabilidad del conjunto. El máximo de unidades a emplear durante la temporada va a pasar de 8 a 5, lo que implica que se debe garantizar la durabilidad por encima de 5,000 km cuando los actuales duran en promedio unos 2,000. Y si se toma en consideración el par motor brutal generado por el turbo, se trata de una tarea sumamente difícil.

Sistema de Recuperación de Energía (ERS)

A pesar de la reducción de la cilindrada, los niveles de potencia de motor turbo V6 se prevé que sean más o menos similares a los actuales. Esto se debe fundamentalmente, al mayor aporte por parte de los Sistemas de Recuperación de Energía (Energy Recovery Systems, ERS). En la actualidad, el ERS aporta alrededor de 80 Caballos (CV) de potencia durante un período de 7 segundos, aproximadamente. El año que viene el aporte será de 160 CV durante más de 30 segundos. La potencia de la unidad propulsora se estima en unos 600 – 650 CV, que sumado a la del ERS se sitúa en un nivel similar a los de hoy en día.

El sistema de recuperación de energía actual comprende solamente la recuperación de la energía cinética (Kinetic Energy Recovery System, KERS). El año que viene se introducirá también un Sistema de Recuperación de la Energía Térmica (Thermal Energy Recovery System, TERS). Al conjunto del KERS más el TERS es lo que se denomina ERS.

Mediante el KERS, se almacena parte de la energía cinética (energía que posee un cuerpo en virtud de su movimiento) que se pierde durante la frenada (mediante la rotación del cigüeñal) en una batería para luego usarla como aporte adicional de potencia. Mientras el TERS, que se encuentra acoplado al turbo compresor, recupera la energía térmica que se pierde en dicho sistema y la entrega en forma de energía eléctrica.

Esta recuperación energética se lleva a cabo durante los períodos de desaceleración o cuando la presión generada excede los requerimientos. El control de este proceso se realizará mediante una unidad de control denominada MGU (Motor Generator Unit), que tendrá dos componentes: una para la recuperación de energía cinética (MGUK) y otra para la recuperación de energía térmica (MGUH).

Unidades energéticas del motor Turbo 2014.

¿La aerodinámica perderá protagonismo?

La nueva reglamentación incluye una serie de cambios que pueden generar que el protagonismo de la aerodinámica en la F1 actual se vea mermado. Se retornará a narices más pegadas al suelo y el alerón delantero será más estrecho que el actual (el ancho se reduce de 1.8 a 1.65 m). Esta reducción superficial puede ocasionar una ligera pérdida de apoyo en esta zona.

En cuanto a la parte trasera, se limitará la introducción de elementos aerodinámicos para generar carga adicional como el ‘beam wing’, mediante la restricción del plano de referencia sobre el que se puede trabajar. Estas medidas obviamente derivarán en una menor velocidad de paso por curva, a menos que los equipos encuentren huecos en la normativa que les permita compensar la pérdida ocasionada por estos cambios.

Principales desafíos

Como hemos mencionado anteriormente, la introducción de estas unidades propulsoras planteará una serie de retos a los equipos de diseño que llevarán al límite la capacidad técnica de los equipos.

Por un lado, la fiabilidad jugará un papel clave en esta nueva F1. Mientras que en la actualidad los equipos pueden usar 8 unidades durante la temporada sin penalidad alguna, para el año que viene este número se reduce hasta 5. Esta medida parece carecer de sentido común puesto que el turbocompresor genera un par motor muy violento en comparación con los V8 actuales lo que compromete dicha fiabilidad.

Exigir a estas nuevas unidades una durabilidad por encima de los 5,000 km es probablemente el mayor desafío que enfrentarán los ingenieros desde el punto de vista del diseño. El empeño del deporte en la reducción de costes, ha llevado a tomar una medida como esta que en principio luce muy drástica.

En otro orden, la máxima cantidad de combustible a consumir se ha limitado a 100 kg. El flujo de combustible se ha fijado en 100 kg/hr. Este es el flujo consumido cuando se va con el acelerador a fondo. En circuitos como Monza en que los pilotos aprietan a tope durante el 85% de la vuelta aproximadamente, este valor sin dudas puede hacer que se vea comprometido el desempeño de los equipos.

Por último, el balance de los frenos será otro tema a tener muy en cuenta debido a la mayor potencia del sistema de recuperación de energía. Mientras que con el ERS actual los niveles de recuperación energética se sitúan en 400 kJ, con el sistema propuesto para el año que viene este valor se multiplica por un factor de 5, lo que sin duda ocasionará que los ingenieros presten especial atención al diseño en este apartado.

Lo que se viene es serio. Ya lo dijo Rory Byrne, legendario ingeniero sudafricano que formó parte de la dinastía Ferrari de principios de siglo que llevó a Schumacher a convertirse en el piloto más exitoso de la historia. Byrne se encuentra inmerso en el proyecto de Ferrari para el año que viene. En Maranello han requerido sus servicios ante la complejidad de esta tecnología.

La FIA ya ha anunciado la realización de unos tests en fechas más adelantadas de las habituales (Enero) y el regreso de estos durante la temporada. Se realizarán cuatro jornadas de entrenamientos de dos días de duración cada una. Esperemos que todos estos cambios cumplan con su cometido y el deporte recupere la cuota de fanáticos que ha perdido los últimos dos años.

Imagen de la unidad propulsora Renault para 2014. Observesé el Turbo en la parte inferior Izquierda y la unidad de almacenaje de energía abajo a la derecha.

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