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

Motor-generador de un KERS

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

Baterías y electrónica de un KERS

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

Refrigeración de un KERS

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

Almacenamiento de energía en un KERS

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

Descarga de energía en un KERS

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 2: Motor, radiadores, sistema de lubricación, depósito de combustible, caja de cambios, frenos, dirección

Parte 3: Alerón delantero

Parte 4: Alerón trasero

Parte 5: Cockpit

Parte 6: Controles del piloto

Parte 7: El fondo plano

Parte 8: Difusor

Parte 9: Componentes externos de la suspensión

Parte 10: Componentes internos de la suspensión

Parte 12: Caja de cambios

fuente: gocar.gr

Ion Emparan

Informacion del usuario

    16 Comentarios

  1. mns dice:

    ¡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

  2. Vitto dice:

    ION, mis felicitaciones. Una vez más tus artículos de 'Comprendiendo un F1' son muy buenos y aclaradores en varios ámbitos.
    mns, de electricidad no entiendo nada de nada, pero hay que ver cómo almacenarán el 2014 las energías recuperadas, que son mayores que las del KERS. Salu2

  3. Tenista dice:

    Lo que estoy aprendiendo...

  4. mns dice:

    Vitto, muy interesante reflexión la tuya... eso mismo pienso yo. Aunque en realidad me parece que el problema será más de evacuación de calor, aumento de peso, distribución de masas, complejidad (aunque visto lo visto, que les echen complejidades a los cerebros de la F1. La leche, qué tíos, je, je) y seguramente que algo más que en este momento se me escapa. También, consideremos que esos problemas serán para todos... supongo. Saludos.

  5. Giulio-Boxer dice:

    QUERIDO ABUELO MNS.
    TU NIETO JORGECH CORRE EN TU AYUDA http://www.flyclick.com.ar/2011/10/28/brushless-argentino-de-20-hp/ YA ESTA EN CARRERA.
    CARIÑOS DE TU NIETO ARGENTINO, QUE TAMBIÉN TE REGALA ESTE VÍDEO PARA QUE EXPLIQUES SU FUNCIONAMIENTO http://www.youtube.com/watch?v=8OVmQITGHgA "A mi abuelo con cariño"
    de su nietito.Jorge CH.
    Saludos.

  6. Giulio-Boxer dice:

    PD LEAN LOS COMENTARIOS LO INVITE A PARTICIPAR AL INVENTOR.
    HAY MUCHOS INTERESADOS Y HAY NOVEDADES DE UN MOTOR NUEVO REFRIGERADO A AGUA DE 40 A 50 CV. CHAO.

  7. techf1 dice:

    Solo espero no ver accidentes graves por exceso de temperatura con combustiones expontáneas como ha pasado en más de un coche híbrido o electrico. Por otro lado aunque me gusta mucho que evolucione la tecnología, no me gusta que se haya perdido la conducción pura en la formula 1. Tendrán que ir a más de 250km/h mirando el retrovisor para defendere posición y a su vez viendo los testigos del volante para encontrar el momento optimo para darle al boton de los 80 C.V. Si ya me gustaba poco el DRS y el Kers, esto ya es rizar el rizo. Supongamos que un coche en una recta de las mas largas tenga problemas con el sistema y no pueda usarlo. Que diferencia de velocidad habría de ir con 650 C.V. con respecto al que viene con 800c.v.? De 290 a 320 aprox? eso es como encontrarse una chicane movil. En fín, veremos que pasará el año que viene. Saludos.

  8. mns dice:

    Hola Jorge, muchas gracias por el enlace de los "neodimistas" (je, je) argentinos. Bueno, me he puesto a buscar entre todo lo que tengo almacenado, y he encontrado las notas que tenía sobre su aplicación. Era un motor de 1.5 KW (aprox.), que para un avioncito puede valer. Claro, lo alimenta con 100 V ==> unos 15 A máx. Los motores del Solar Impulse son de 7.5 KW cada uno. Pero no sabía que estuviesen ya trabajando con potencias del orden de los 50 KW. Pero, para regresar al asunto KERS F1, si unos privados con unos medios a años luz de los de la F1 hacen esas cosas qué no harán los profesionales. En cualquier caso, el problema, me parece a mí, no es conseguir potencia de los "neodimios", incluso una buena relación peso/potencia -del motor, quiero decir- sino la distribución de masas, la evacuación del calor, la relación peso/potencia del conjunto KERS y... el asunto voltaje de trabajo... que, hasta ahora, ninguno habéis informado sobre cual es.

    Respecto al segundo video se lo recomendaría ver al forero Tenista... pero es que no sé si su "Lo que estoy aprendiendo...", que también manifiesta en otro post, es una ironía o es verdadero interés.

    Bueno, pues saludos para todos

  9. mns dice:

    Hombre amigo techf1, te has colado entre el post de Jorge y el mío... eso se llama intrusísmo (ja, ja). Bueno, en serio, la F1 va, en cierto modo, con los tiempos actuales y, a ciencia cierta, con el negocio. A mí lo que ya me está aburriendo es la desmesurada importancia que ha cobrado la aerodinámica. Pero claro, con las altísimas velocidades que se alcanzan ¿cómo "sujetar" tales artilugios? Pero para colores... (je, je), a mí me gusta mucho el sistema KERS (y eso sí que va a quedar "volcado" en los coches de calle. Algo hay ya en marcha). En lo referente al DRS está claro que su fin primordial es facilitar los adelantamientos y por lo tanto, aportar espectáculo. En mi caso ni me va ni me viene.
    Venga, un Saludo

  10. techf1 dice:

    Amigo MNS, mi mujer siempre me dice que tengo el don de la oportunidad!! jejeje. A lo que me refiero es que llevan mucho tiempo que se ven adelantamientos por culpa del DRS y del Kers y pocas veces por las manos del piloto. Si no llevaran estos sistemas habrían menos aún, pero eso se podría solucionar limitando aún más la aerodinámica en vez de buscar mas potencia puntual. En cuanto a inplantar estos sistemas en vehículos de calle, tampoco estoy muy de acuerdo. Por ahora el sistema más eficiente para rebajar consumos lo tiene Porsche y curiosamente es la única que no corre en F1. El sistema del McLaren lo deja a voluntad del conductor a darle al "botoncito" y el de Ferrari que es el único sin boton, resulta que no permite rodar en modo electrico y lo usa solo como un complemento al motor térmico. Porqué no usan este sistema en la formula 1 y así en las rectas todos andan lo mismo? AH! No! Que es mejor ver como un piloto le da a un boton y otro nó para ver adelantamientos. jijiji. No sé si me explico. Un abrazo.

  11. Giulio-Boxer dice:

    EL 14 DE AGOSTO DE 1988 PARTÍA HACIA LA INMORTALIDAD UN "HOMBRE,QUE SOLO NOMBRARLO" DESPIERTA ADMIRACIÓN EN MILES DE MILLONES EN EL MUNDO "DON ENZO FERRARI".
    Espere que se lo recordara a los 25 años de su partida, ¡PERO SILENCIO!, sera que ¿ahora los homenajes se realizan sin recordarlo?.
    NO QUERIDO DON ENZO ESTE ARGENTINO NO SE OLVIDA JAMAS, me duele la ingratitud de muchos que hablan y se olvidan de lo primordial el respeto a "UN GRANDE ÚNICO EN LA HISTORIA DE LA F1".
    Si me duele expresarlo, pero es una realidad, "RECUERDO COMO TEMBLÉ CUANDO ME ATENDIÓ POR 1°VEZ, LO MIRABA COMO A UN MITO Y UNA LEYENDA Y RECUERDO CUANDO SE PARO Y ME ESTRECHO LA MANO, NO LO PODÍA CREER, DON ENZO ME SALUDABA Y ME PREGUNTABA POR DON JOSE FROILAN GONZALEZ, Y COMO UN CHICO GRANDE ME MOSTRABA UNA GRAN FOTO AUTOGRAFIADA POR DON PEPE, Y VINO LA ¿PREGUNTE, USTED LO VIO GANAR FRENTE A LOS MERCEDES BENZ W 154/163 EN 1951, Y TEMBLANDO LE CONTESTE, SI SEÑOR LO VI GANAR ESTABA EN EL BOX, Y BUENO TUVE QUE CONTAR TODO LO QUE RECORDABA Y FACILITAR FOTOS Y REVISTAS DE ENTONCES.
    SE LAS QUERÍA REGALAR PERO DON ENZO, MANDO REALIZAR COPIAS Y ME LAS ENTREGO, CON UNA FRASE, ESTO QUE USTED TIENE, ES UN TESORO INVALUABLE, GUÁRDELAS.
    QUE MOMENTO EN MI VIDA, ALGO QUE JAMAS OLVIDARE Y DESPUÉS EL REENCUENTRO CON UN AMIGO QUE NO DEJO HACE POCO UN MECÁNICO FUERA DE SERIE DON GIULIO BORSARI.

    SI CABALLEROS EL RESPETO ES LO ULTIMO QUE SE PIERDE, BUENO SI NADIE DE LA PAGINA SE ACUERDA YO SI LO VOY A RECORDAR, ME IMPORTA UN CUERNO LO QUE OPINEN, EL RESPETO A LA AMISTAD ES PARA SIEMPRE SE MAMA EN LA CUNA.
    DON ENZO ¡PRESENTE!. RECORDÁNDOLO A LOS 25 AÑOS DE SU DESAPARICIÓN FÍSICA.
    USTED ES DE LOS QUE AUMENTARON SU FAMA DESPUÉS DE PARTIR PARA SIEMPRE.
    YO NO OLVIDO.
    Saludos.

  12. Vitto dice:

    Estimado Giulio, Concuerdo con tu homenaje, es más ayer revisaba mis artículos y escribía a mis amigos referente del tema. Te dejo éste enlace: http://formula1.ferrari.com/es/news/enzo-ferrari-su-ejemplo-sigue-vivo
    Un gran abrazo querido Amigo. Salu2

  13. Giulio-Boxer dice:

    A VECES NO DESEARÍA ESCRIBIR SOBRE EL KERS, ES QUE DESDE EL 2009, SE HABLADO TANTO,
    QUE ME DESORIENTO.
    Lo acepte de entrada el eléctrico en contra del mecanice, pero si WILLIAMS UTILIZABA EL MECÁNICO era porque es superior, así termino grande y voluminoso, si lo expresaba en mi comentario era un ignorante, pero HOY todos utilizan el eléctrico, y MARELLI Y BOSCH PASARON AL FRENTE.
    EL RESTO SON COPIAS MEJORADAS, FERRARI Y RENAULT UTILIZABAN EL MISMO EN EL 2009 ALONSO DECÍA "NO SIRVE PARA NADA", BRIATORE "SOLO SIRVE PARA TIRARLO AL MAR COMO UN ANCLA" , A VECES HAY QUE EVITAR ESE NIVEL DE EXPRESIONES.
    Pero los años pasan y las expresiones quedan, y como se dice, "todo lo que digas puede ser utilizado en tu contra", y como soy un poeta fracasado, y un hombre que no tiene dueña, a veces me apoyo en algún poema, total hoy copiar no cuesta nada, y mas si lo robas, es como robar una flor de un jardín, y obsequiarla a una desconocida.
    Estos versos son para los jóvenes que se las saben todas, y piensan que los ancianos estamos de mas en la tierra http://rubensada.blogspot.com.ar/2007/06/todo-lo-que-digas-puede-ser-usado-en-tu.html amigo
    MNS, es con todo respeto y cariño te lo dedico, tu agrégale música barroca, siempre me dio resultado extraer pequeñas frases para agregar a una carta.
    Saludos.

  14. mns dice:

    Mecagüen la mar, Jorge eres tremendo buscando cosas en internet... comento lo de los argentinos trabajando con "neodimios", y enseguida me sales con otros, argentinos también, que están ya sobre los 50 CV (oye, muy interesante la página esa. Ya la he anotado)... y, de pronto, zapatún que has encontrado esa poesía en internet. Bueno, esa letra no se adapta a la música barroca... pero mira, teclea esto en el buscador: Anthony Rolfe Possente Spirto. Te saldrá un video (en realidad es una imagen fija, pues es grabación de estudio)... y después me cuentas.
    Oye, es que me parece que deberíamos hablar estas cosas por e-mail. No sé como tengo que hacer para, a través del staff del foro, que nos den el e-mail de uno de nosotros y así nos podamos conectar la primera vez. Creo que tú sí sabes cómo hacer. Desde aquí ya digo al staff que autorizo que te faciliten mi e-mail. Oye, eso si te parece bien a ti, claro. Un abrazo.

    Techf1, iba a postear contigo pero... me tengo que bajar ya mismo a "fregar los cacharros de la cocina"... Ah, ¿qué te creías?. Ya ves, amo de casa. Un abazo.

  15. Giulio-Boxer dice:

    Estimado amigo MNS.
    Tengo que salir " QUEHACERES DOMESTICAS HASTA MAÑANA",mi correo se lo puedes pedir a ION EMPARAN o a DAVID MARTIN y seria un lujo dialogar contigo.
    ¡SIN DESMERECER A NADIE!, a ver si se me ofenden entre los dos superamos los 150 años toda una vida
    si no lo facilitan te lo escribo en la pagina, tengo 2 uno para los amigos, otro para las amigas,hombre de algo hay que vivir. (tengo el tiempo justo de llegar poner la mesa y esperarla, es mi ultima conquista)
    UN ABRAZO.

  16. mns dice:

    Ion, perdona que te moleste. Si lees el post #15, de Jorge,. ya sabrás por qué lo digo. Es que no sé si este es el procedimiento para conectar contigo. Por eso le decía yo a él que te pidiese el mío, que tanto da. Bueno, muchas gracias por adelantado. Saludos.

    PD para Ion: Lo que sí sé es que me pasarías el correo de Jorge a mi e-mail (lógico). Este Jorge es la leche. Se va de picos pardos y le entra la prisa Ja, ja.... Uf, cuidadín, que lo va a leer. Ja, ja, ja.

    Y tú Jorge ni se te ocurra poner tu correo en el foro. Ya sabes que yo siempre digo que es un foro ejemplar, como así es, pero entrar aquí y leer los posts lo puede hacer cualquiera... por ejemplo, un indeseable, y ya parece que en alguna ocasión... así que mejor prevenir que curar. Un abrazo.

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