El ERS ‘para dummies’ y la importancia de la recuperación de la energía, parte 2.

El ERS ‘para dummies’ y la importancia de la recuperación de la energía, parte 2.

Por Samuel Bustamante, twitter @SamuBustamante3

En la primera parte analizamos un poco el concepto de eficiencia de una máquina y su aplicación a un auto de Fórmula 1, además de las soluciones creadas en la última década para mejorar los autos en este aspecto.  Ahora vale la pena analizar la gran evolución que ha tenido el sistema de recuperación de energía para la temporada 2014.

Del KERS al ERS

Para introducir la evolución que tuvo el sistema de recuperación de energía para esta temporada, se hace necesario introducir el concepto del turbocargador, que regresa en 2014 a la Fórmula 1. Los detalles del funcionamiento del turbo se escapan al propósito de esta entrada, no obstante existe mucha información disponible en la web sobre ellos. Básicamente lo que hacen es aprovechar la energía del flujo de gases que salen del motor y mover con ellos una turbina; la potencia recibida de esta turbina se emplea para comprimir el aire del ambiente que entra en el motor y aumentar la eficiencia — otra vez esa palabra — de la combustión en los cilindros, dándole más potencia al motor.

Pues bien, aquí es donde entra lo interesante: el ERS es básicamente un sistema KERS con una unidad MGU adicional conectada al turbocargador, denominada MGU-H. El MGU-H puede en cierto momento generar energía eléctrica a partir de los gases de combustión, y además en otro momento realizar la labor inversa: mover el turbo, es decir, entregar la potencia necesaria para comprimir el aire en momentos en que escaseen los gases de escape y se necesite un poco de potencia adicional.  Recordar: MGU significa motor y generador. Así de simple. ¿Dónde está entonces el cambio importante? Está en la forma como al FIA ha dictaminado que se administren estos dispositivos.

En primer lugar, está la interconectividad que tendrán. Controlados por una unidad de control (MGU control unit), el MGU-K (como se le denomina al MGU original del KERS, que almacena energía de las frenadas y le da la potencia extra al motor) y el MGU-H estarán conectados eléctricamente entre ellos y con las baterías. Esto significa que, en un momento dado, el piloto puede hacer que el MGU-H genere energía eléctrica por medio de los gases de escape y con ella alimente inmediatamente al MGU-K para un boost; o que al traccionar en la salida de una curva la energía regenerada por el MGU-K alimente el MGU-H para mejorar el comportamiento del turbo y la potencia neta del motor. O generar energía con ambos dispositivos y almacenarla con miras a un adelantamiento cercano. Existen muchas configuraciones y muy seguramente este será un tema decisivo durante toda la temporada.

Ubicaciones de los elementos del ERS y el turbo en el motor Renault de la temporada 2014.

En segundo está el hecho de que, por las regulaciones, el impulso que puede dar el MGU-K del ERS al motor es mucho mayor que el que daba el KERS. Para entenderlo, puede ser útil diferenciar primero los conceptos de energía y potencia. La potencia que entrega una máquina, lo que nos hablan cuando nos dicen que el motor un coche tiene 100 caballos de fuerza, no es otra cosa que la energía entregada sobre unidad de tiempo. La energía se expresa usualmente en unidades de Joules, y un caballo de fuerza es aproximadamente 746 Joules/segundo.

Por ejemplo, si conectáramos un motor como los MGU a una batería con cierta cantidad de energía, digamos, 100.000  Joules, esta se descargaría más rápido con un motor que funciona a 300 caballos comparado con uno de 200. Tiene sentido, ¿no? De la misma forma, un generador de más potencia le entregará más energía a las baterías en el mismo tiempo que otro menos potente. Y así.

La explicación viene por el hecho de que el KERS podía suministrar 80 caballos de fuerza al motor durante 6.6 segundos por vuelta, lo cual significaba más o menos 400.000 Joules de impulso adicional. Según la nueva normativa, el ERS-K puede obtener un máximo de 4 millones de Joules desde las baterías por vuelta para entregarle al motor, es decir 10 veces más. Si existieran las capacidades técnicas, en los 6.6 segundos que el KERS actuaba este nuevo sistema podría entregar casi 800 caballos de fuerza extras, para un total de 1400 en todo el motor.

Lastimosamente, lograr 800 caballos de fuerza con un motor como el MGU es imposible. Además, el impulso está limitado por regulaciones a un máximo de 161 caballos de fuerza, pero eso significa mayor tiempo de aplicación: 33.33 segundos. Imagine que va en la carretera y tiene la oportunidad de aumentar la capacidad de su motor por 160 caballos durante 33 segundos. Una maravilla, ¿no?

Activación

Como se sabe, el KERS tenía su activación en el volante. Un simple botón conducía al impulso adicional en adelantamientos. Sin embargo, el sistema ERS va a ser un poco diferente. Como podemos ver en la foto, el volante de Williams apenas trae un botón para configurar el MGU-K. En realidad,  estos sistemas serán dispuestos en su activación y desactivación a través de los mapas de motor, que son una de las herramientas de trabajo más importantes de los ingenieros de Fórmula 1 y cuyo funcionamiento demandaría otro artículo del tamaño de este.  Grosso modo, es la manera como se relaciona la demanda de potencia del piloto con las revoluciones del motor, y se configura desde el ECU.

Volante de Williams para la temporada 2014. Foto original obtenida de @WinfieldF1

Un montón de posibilidades con un solo fin

Este nuevo ERS, con sus dos unidades MGU, propone a los equipos infinidad de posibilidades en su gasto y distribución. El máximo uso del MGU es de 161 caballos extras cada vuelta, pero eso no significa que los equipos no puedan usar un impulso menor con el beneficio de hacerlo en una mayor cantidad de tiempo. Ahora el reto viene en recolectar esta energía. Y esto es importante porque la recuperación debe ser equilibrada, tanto desde los gases de escape y el turbo como desde las frenadas. De hecho, de la energía que pueden dar las baterías al MGU-K para impulsar el auto en cada vuelta (4MJ), solo la mitad pueden ser recuperadas en las frenadas. Si a esto le sumamos que la capacidad máxima de las baterías serán  los mismos 4MJ, los equipos están en la obligación de recuperar con el turbo y los gases de escape la otra mitad si quieren dar lo máximo posible.

Y todo esto para aumentar la potencia del motor con energía recuperada. Pero la cuenta empieza a tener sentido si pensamos que los motores 2014, con el turbo y la limitación de combustible (100kg por carrera), podrán alcanzar aproximadamente 600 caballos. Con el ERS funcionando, pueden llegar durante 33 segundos a 760, aproximadamente lo mismo que el año anterior y solo con energía regenerativa. Menos combustible significa, además, menos emisiones al ambiente. Aunque nos va a ser difícil acostumbrarnos al sonido de los nuevos motores, ¿no es esto eficiencia?

Amigo lector, esperamos que le haya quedado un poco más claro cómo funciona el ERS. Si desea que publiquemos más artículos de técnica de Fórmula 1 ‘para dummies’, puede comentarlo aquí o a través del twitter de Paddock Club, @paddockclub_f1.

 

Enlaces de interés:

Anatomía del KERS –  Scarbs F1

http://scarbsf1.com/blog1/2010/10/20/kers-anatomy/

Reglamento técnico de Fórmula 1:

2013:

http://www.fia.com/sites/default/files/regulation/file/2013%20F1TECHNICAL%20REGULATIONS%20-%20PUBLISHED%20ON%2004.07.2013.pdf)

2014:

http://www.fia.com/sites/default/files/regulation/file/1-2014%20TECHNICAL%20REGULATIONS%202013-12-09.pdf

¿Cómo funciona el turbo?

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