El motor Renault F1 del 2014

En 2014 la Fórmula 1 sufrirá una convulsión con la llegada de los nuevos motores turbo. Siguiendo la tendencia de los coches de calle de reducir la cilindrada de lo motores y turboalimentarlos, los actuales V8 de 2,4 litros aspirados darán paso a motores mucho más pequeños, V6 de 1,6 litros con turbo. Renault, uno de los tres fabricantes que se ha comprometido a fabricar estos nuevos motores, ha sido el primero en enseñarnos el suyo. Aunque no es el diseño definitivo, nos permite comenzar a comprender cómo funcionarán estos propulsores.

Aunque la normativa técnica sigue siendo restrictiva, definiendo elementos clave como el ángulo de la V, el número de válvulas y el diámetro de los cilindros (80 mm), existen miles de alternativas en otros aspectos en un motor turboalimentado y con varios sistemas de recuperación de energía. Además ha habido una cierta relajación en los materiales que se pueden emplear, como el magnesio, ahora prohibido, y que se podrá emplear en algunos componentes para ayudar a los técnicos a llegar al peso mínimo del motor. El bloque y la culata seguirán siendo de aluminio.

Mientras que los actuales motores V8 están limitados a 18.000 rpm, los V6 no podrán pasar de 15.000rpm, aunque es probable que no lleguen a girar tan rápido por el limite que existirá en el caudal de combustible que se podrá inyectar en el motor, un factor clave. El caudal en ningún momento podrá ser superior a 100kg/h, y el modo de inyectar el combustible en el cilindro marcará la diferencia con la introducción de la inyección directa. Hasta ahora no estaba específicamente prohibida la inyección directa, pero existía un límite de presión de gasolina que hacía imposible utilizarla, así que aquí, y al contrario de lo que suele suceder, la F1 se beneficiará de la experiencia lograda con los coches de calle.

El principal cambio para los diseñadores de motores será la reintroducción del turbo, ausente en la Fórmula 1 desde 1988. Las normas estipulan que los coches pueden montar un sólo turbo, y que su eje debe de estar paralelo al cigueñal del motor y a menos de 25 mm de él, lo que se traduce en que sólo puede ir delante o detrás del motor, y como los escapes tienen que salir hacia atrás del coche es muy probable que todos los motores lleven el turbo detrás.

Todos los coches montarán intercoolers para enfriar el aire, por lo que los aerodinamistas tendrán que encontrar el mejor lugar donde colocarlos. Con el límite de caudal de combustible la presión del turbo rondará los 2-3 bares, y la temperatura del aire en la salida del compresor rondará los 140-150ºC, por lo que por eficiencia volumétrica y resistencia a la detonación, enfriar el aire proporcionará una mayor eficiencia del motor. Así que el intercooler será otro conjunto a refrigerar y habrá que buscar el equilibrio porque los aerodinamistas preferirían no tener que crear nuevas entradas de aire y alojar otro radiador, mientras que los motoristas querrán enfriarlo lo máximo posible.

Aunque el motor V6 por sí solo no será tan potente como los actuales V8, todo el conjunto sí que lo será gracias a la introducción de sistemas híbridos mucho más potentes que los actuales KERS, y éste es sin duda uno de los mayores retos en los nuevos motores. Habrá dos motores-generadores eléctricos, uno el cinético, que es esencialmente el KERS actual, y otro para la recuperación de la energía calorífica. Lo realmente complicado será cómo configurar el funcionamiento del conjunto de motor de gasolina y los dos eléctricos.

En un motor turbo convencional los gases de escape pasan por una turbina y se utiliza la presión y el calor de los gases para hacer girar la turbina, que a su vez hace girar el compresor. Es decir, convierte parte de la energía calorífica en energía mecánica para hacer funcionar el compresor. Pero en la próxima generación de motores de F1 la turbina hará girar, además del compresor, el motor-generador de recuperación de energía calorífica, a más de 100.000 rpm.

Así que existen muchas maneras estratégicas de gestionar la energía, y a muchos niveles. Por ejemplo, para eliminar el tiempo de respuesta del turbo, los F1 no emitirán las típicas explosiones de los sistemas anti-lag de un WRC, sino que utilizarán la energía eléctrica almacenada para proporcionar la potencia necesaria a las ruedas si el piloto pisa el acelerador y el motor no puede ofrecer toda la potencia que el piloto demanda porque el turbo aún está cogiendo velocidad. Pero también se puede utilizar la energía eléctrica almacenada en las baterías para acelerar el turbo.

Habrá que elegir por tanto en cada momento, y en periodos muy cortos de tiempo cómo gestionar la potencia ofrecida por el motor de combustión, la energía eléctrica de las baterías y los dos motor-generadores. Cada vez que se recupere energía con cualquiera de los motor-generadores habrá que elegir si utilizar esa potencia para alimentar el otro motor-generador o almacenarla en las baterías. Desde el punto de vista de la eficiencia es mejor usarla directamente con el otro motor-generador en lugar de almacenarla y volver a sacarla, lo que produce pérdidas. Pero puede ser mejor para el tiempo por vuelta utilizarla después a pesar de las pérdidas, no sólo acelerando el coche directamente sino acelerando el turbo.

La gestión de tantas variables añadiendo situaciones como adelantamientos o el uso del DRS creará muchos dolores de cabeza a los ingenieros de pista. Intentar acabar una carrera en el menor tiempo posible con una determinada cantidad de gasolina será un reto brutal. Como curiosidad, recordar que en sus pasos por boxes los F1 tendrán que hacerlo con el motor de gasolina parado, en silencio, utilizando únicamente energía eléctrica.

fuente: racecar engineering