Comprendiendo un F1 (Parte 11)
hace 11 años
Con el fin de hacer una F1 más verde y colaborar en el desarrollo de tecnologías de recuperación de energía, la tecnología híbrida se introdujo en este deporte en 2009. Conocido como KERS (Kinetic Energy Recovery Systems) el sistema proporciona un plus de potencia a partir de la energía recuperada en las frenadas. Gracias a la F1 las tecnologías regenerativas son mucho más comunes en coches de calle y en otras competiciones del motor.
El KERS es fundamentalmente un sistema simple. En las frenadas las baterías se cargan por un generador acoplado al motor. La resistencia que opone el generador ayuda a frenar el coche, ayudando al trabajo de los frenos traseros. Con la energía almacenada en las baterías el piloto puede pulsar un botón para obtener la potencia extra, alimentando la carga al generador a la inversa, para que aporte potencia en lugar de generarla. Desarrolla una potencia de 80 cv durante 6,7 segundos por vuelta, aportando poco peso (24 kg) y sin demanda de combustible, aportando un beneficio de alrededor de 0,4 segundos por vuelta.
Motor-Generador
Es la parte clave para el funcionamiento del KERS. En lugar de utilizar dos dispositivos eléctricos similares, están los dos a la vez en uno. Unido a la parte frontal del motor, el cigueñal le hace girar mediante engranes, y puede trabajar como un alternador o un motor de arranque.
Bobinas de cobre trabajan con imanes en la carcasa exterior para cargar o descargar electricidad. Funcionando en modo alternador, la energía cinética se convierte en corriente alterna, similar a la corriente domestica, y la envía mediante gruesos cables a las baterías. Cuando funciona en modo motor de arranque, aprovecha la corriente para generar 80 cv de potencia.
Como todas las partes del KERS, el motor-generador se calienta, por lo que necesita refrigeración. Los equipos lo hacen con aceite en sus componentes internos.
Baterías y electrónica
Las baterías son las que en gran medida determinan el peso y tamaño del sistema. Se emplean baterías de Litio que van debajo del chasis, en un hueco especialmente moldeado debajo del depósito de combustible. Junto a ellas se monta la electrónica necesaria, que realiza dos funciones. Por un lado, convertir la corriente alterna generada por el motor-generador a corriente continua para que pueda ser almacenada en las baterías, y por otro la electrónica cambia el sistema del modo de carga al de descarga.
Así como las baterías necesitan refrigeración para no sobrecalentarse, también necesitan algo de calor para operar eficientemente, por lo que los equipos las precalientan, para que estén en perfecto estado desde la primera vuelta. Las baterías también pueden ser precargadas en los boxes para que el coche pueda salir a dar una vuelta de calificación o salir a la carrera con las baterías completamente cargadas y poder disponer de toda la potencia.
Refrigeración
Cargando y descargando 60 kw de electricidad cada vuelta, las baterías generan una gran cantidad de calor, por lo que necesitan ser refrigeradas. Esto se logra con refrigeración líquida. Una pequeña bomba eléctrica hace pasar el agua a través de las baterías para después refrigerar el agua caliente en un pequeño radiador. Algunos equipos tienen este radiador en el pontón junto con los radiadores principales del motor, mientras que otros como Ferrari y McLaren los tienen detrás del arco de seguridad con su propia entrada de aire.
Es muy peligroso que las baterías se sobrecalienten, y por eso cuando en una carrera a un piloto le informan de que no puede utilizar el KERS, es porque las baterías están demasiado calientes. Entonces el sistema deja de cargar las baterías para reducir su temperatura, y cuando ésta está bajo control el piloto podrá emplear el KERS otra vez.
Almacenamiento de energía
Cuando el piloto frena, la electrónica coloca el motor-generador en modo de carga. Así, el motor-generador opone resistencia al giro del motor, más o menos como el efecto de retención del motor cuando levantamos el pie del acelerador. Esto facilita el trabajo de los frenos traseros.
La energía generada por el motor-generador pasa a través del cableado a las baterías, y la carga se realiza a una velocidad que se adapta a la cantidad de tiempo que el coche está frenando en cada vuelta. De esta manera el KERS funciona siempre que se está frenando, para no alterar el reparto de frenada. El piloto puede ajustar la velocidad de carga desde el volante si las baterías no se están cargando correctamente.
Descarga de la energía
El piloto puede utilizar el impulso del KERS durante 6,7 segundos por vuelta en un único impulso o en varios más cortos. Cuando el piloto pulsa el botón del KERS obtiene 80 cv de potencia extra, al colocar la electrónica el motor-generador en modo de descarga. En ese momento la electricidad de las baterías se envía al motor-generador, que actúa como motor y añade potencia al motor de combustión.
Mediante simulaciones el equipo calcula cómo es mejor repartir los impulsos del KERS a lo largo de la vuelta para lograr el mejor tiempo. Generalmente suele ser repartir los 6,7 segundos entre las 3-4 rectas más largas del circuito, pero el piloto puede emplearlo tácticamente para realizar un adelantamiento o defenderse de otro piloto. El display del volante le informará de cuánto KERS le queda para lo que resta de vuelta.
Ver también:
Parte 1: Alerón delantero, trasero, difusor, pontones, monocasco, ruedas, suspensión
Parte 9: Componentes externos de la suspensión
Parte 10: Componentes internos de la suspensión
fuente: gocar.gr
16 Comentarios
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¡Atiza!, Ion me has puesto el dedo en la llaga (je, je). Me gusta mucho el asunto KERS. Ya me parece recordar que se posteó sobre este asunto, y en este foro -por supuesto- pero, para mí bienvenido sea.
Antes que nada, y aunque no esté relacionado de forma totalmente directa con el KERS, advertir, para quien no esté muy al día técnicamente, que el asunto coche eléctrico "puro"-ecología esconde una mentira como una catedral. Un vehículo eléctrico, "de calle" quiero decir, contamina tanto o más que uno con motor convencional. La razón es que la energía eléctrica que se toma de la red para cargar las baterías procede, en su mayor parte, de una central que funciona con combustibles fósiles o de una nuclear. Otra cosa es que las poblaciones que lleguen a contar con un gran número de estos vehículos tendrán un aire más limpio... a costa de que los que viven cerca de las centrales generadoras se traguen un aire más contaminado. Y quien crea que exagero pregúntele a los que viven en sus cercanías.
Pero el KERS no va exactamente por ahí. Este pertenece a lo que se conoce como frenado regenerativo. Y no me extiendo más sobre la descripción del sistema porque ya lo hace, tan bien como acostumbra, Ion.
Siendo que hay dos sistemas fundamentales de K (bueno, en adelante rebajaré el acrónimo a una simple K) mecánico y eléctrico, aquí Ion sólo ha tratado el eléctrico, que parece tener más predicamento entre los equipos. Hay unos detalles, en estos sistemas, que me llevan a unas consideraciones. Para quien no lo recuerde, en el año ¿2009? un mecánico de BMW tuvo un accidente serio, parece ser que a causa de lo que luego voy a comentar. También en la propia factoría RB tuvieron un problema creado por las altas temperaturas que aparecen en el sistema, y ya explica Ion de qué va la cosa.
El asunto del accidente en BMW parece estar relacionado con lo que expongo a continuación. Como ya ha explicado Ion, se trata de almacenar unos 400 KJ de energía para luego obtener -si se vacía "el frasco" de una sola vez- unos 60 KW durante 6-7 segundos. Hasta aquí todo muy bonito y sencillo pero (y voy a emplear sencillas fórmulas de corriente continua "pura"): 60 KW pueden ser 60 V y 1000 A, 600 V y 100 A ó 6000 V y 10 A. Y aquí comienzan los problemas. Parecería lógico emplear una batería (también se pueden emplear baterías de condensadores... "supercondensadores" les llaman, y con razón, je, je) de 60 V... pero leches, ¿1000 A?. = Impensable. Y aquí va una pregunta por mi parte: ¿se han quedado en la solución de compromiso 600 V y 100 A (bueno, o en ese entorno), o se han ido a más voltaje? Lo pregunto porque no sé con seguridad cómo lo han dejado. En cualquier caso, y con 600 V, el castañazo que debió recibir el de BMW debió ser de aupa. Aquí comentaré que la electricidad puede matar de muy diversas formas. Pienso que tal vez el de BMW sufrió una contracción tetánica de la que tendría la suerte de que lo supieron sacar, de inmediato. A un compañero mío se lo llevó por delante eso (una descarga de la alta tensión de un transmisor de kilovatio y medio de potencia en antena, en un barco).
Pero el asunto no es sólo peliagudo en voltaje. Los 100 A, en un vehículo, crean unos cuantos problemas a añadir a los del voltaje. Para empezar, conductores de muy generosa sección y lo más cortos posible. Esto no es muy difícil de solucionar... pero añaden un peso nada despreciable. Y otra cosa más, el campo magnético que crea a su alrededor una corriente de esos valores no es moco de pavo. Hay que tener en cuenta la cantidad desmesurada de electrónica que lleva embarcada un F1 actual. Amen de la electrónica que necesita el sistema. Por sólo citar alguna de las cosas a solucionar diré que los generador-motor que llevan, que ya nos ha descrito Ion, son del tipo que se conoce como "brushless" (o sea sin escobillas) y una de las cosas que hay que conocer para el control de estos dispositivos es la posición (angular, se entiende) del rotor (este es un imán permanente de neodimio). Dicha posición se detecta con sensores de efecto Hall, a los cuales no creo que les vaya muy bien los campos magnéticos parásitos, aunque también se puede hacer con fototransistores.
Bueno, no sé si alguien por aquí puede aportar información sobre cómo han solucionado estos inconvenientes los cerebros de la F1, pero me encantaría que alguien aportase algo de luz sobre ello... aunque siendo un asunto F1 habrá unas tupidas cortinas alrededor de ello... pero como siempre hay filtraciones...
Técnicas paralelas/similares son las que se encuentran en el avión solar "Solar Impulse", al que sigo con interés, y también otros "aviones solares". Por cierto, en Argentina hay una persona que ha montado un motor eléctrico (de estos brushless) para propulsar un monomotor. Lo vi en internet, y el hombre sigue avanzando. ¡Qué envidia!, sana claro.
Saludos para todos