Como adición al nuevo motor turbo, los sistemas de recuperación de energía se convertirán a partir de este año en una parte mucho más importante del rendimiento de los Fórmula 1. Con dos sistemas de este tipo que proporcionarán 160 cv para la mayor parte de la vuelta, esta tecnología llega como un enorme desafío para los ingenieros y pilotos. Su eficiencia y robustez decidirán gran parte de los resultados, e incluso el campeonato, por lo que el 2014 se convierte en el año de la gestión de la energía.
El KERS conocido hasta ahora
Fue en el año 2000 cuando Toyota introdujo en el mercado el primer coche híbrido de éxito, y mientras aumentaba la conciencia de respeto al medio ambiente, en 2009 la tecnología híbrida llegó a la F1 con los KERS.
Cada vez que un coche acelera, quema importantes cantidades de energía (combustible), y cuando frenamos, la energía cinética se desperdicia en forma de calor en los frenos. Los sistemas de recuperación de energía (en adelante ERS, de Energy Recovery Technologies), pretenden almacenar la energía desperdiciada y reutilizarla para proporcionar después potencia.
Con el KERS empleado hasta ahora en la F1 (la K viene de Kinetic, puesto que sólo recuperaba energía cinética), en las frenadas la energía que se desperdiciaría por lo frenos traseros era recuperada con un generador unido al cigueñal del motor. La resistencia ofrecida por el generador realizaba una fuerza de frenado en las ruedas traseras a la vez que cargaba las baterías.
Luego, cuando el piloto necesitaba potencia extra, la electrónica invertía las conexiones y devolvía la energía almacenada en las baterías al generador, que actuaba como motor (es un motor-generador, o MGU, de Motor-Generator Unit) para proporcionar 80 cv durante 6,7 segundos. Esta potencia se solicitaba por los pilotos mediante un botón en el volante, y los equipos les recomendaban dónde usarlo y por cuanto tiempo para lograr la mayor ventaja por vuelta, aunque también podía usarse como herramienta táctica para adelantar o evitar ser adelantado.
Como había una restricción en cuanto a la energía que el sistema podía proporcionar, el reto para los ingenieros estaba en hacer sus KERS eficientes, fiables y ligeros. Para el final del 2013, todo el conjunto de baterías, motor-generador y la electrónica pesaban menos de 25 kilos. Su eficiencia estaba en el 80%, lo que significa que de la energía almacenada, el 80% volvía a las ruedas traseras. En cuanto a fiabilidad, aunque se llegó a un buen nivel, todos los equipos han perdido el KERS en algún momento por alguna avería o sobrecalentamiento, pero siendo su beneficio de alrededor de 0,3 segundos por vuelta su pérdida tampoco era un desastre.
El motor-generador (MGU) se solía unir mediante un engranaje a la parte delantera del cigueñal del motor, robando espacio al depósito de combustible, y en la parte posterior del monocasco tenía que ser moldeado un hueco. Con toda la alta corriente que fluye a través del sistema durante la carga y descarga, el MGU, el controlador de potencia y las baterías se calentaban mucho. Estos sistemas trabajan mejor con temperatura más elevada que la de ambiente, pero tampoco funcionan bien con calor extremo. Por eso los equipos gestionaban el precalentamiento y refrigeración para mantenerlos en su temperatura óptima de funcionamiento, y por eso también en algunos momentos se les pedía a los pilotos que dejaran de utilizar el KERS, para que las temperaturas bajaran de nuevo a la ventana operativa. Para refrigerar la electrónica de potencia y las baterías de Ion-Litio se empleaba agua, mientras que para la MGU se solía emplear aceite.
Aunque el KERS en la F1 debería ser considerado como un éxito y haya sido el precursor del ERS en los deportes del motor, su impacto ha sido limitado. Las restricciones en la potencia de salida significaban que no podía existir una carrera tecnológica para lograr el sistema más potente.
ERS del 2014
Este año los sistemas de recuperación de energía (ERS) se amplían, y una parte mucho mayor del rendimiento del coche vendrá de las tecnologías hibridas. Para ello la FIA ha aumentado el límite en la recuperación de energía cinética y ha incluido otros medios para recuperar energía perdida. Como parte de este nuevo mundo, tendremos que adaptarnos a toda la nueva terminología. Ahora todo el conjunto motor es una «unidad de potencia», compuesto por el motor de combustión interna y dos tipos de ERS.
Lo que era el KERS ahora se llama ERS-K (la K es de Kinetic, cinética), y tiene el doble de potencia de salida y cinco veces la capacidad de almacenamiento que antes. Y después tenemos el nuevo sistema ERS-H (la H es de Heat, calor), que es otro motor-generador (MGU) montado en el turbocompresor del motor. A diferencia del ERS-K, el ERS-H puede o bien entregar la energía recuperada al motor, mediante el MGU del ERS-K, o hacer girar el propio turbo mediante su propio MGU para reducir el tiempo de respuesta del turbo.
En cuanto a la posición de los elementos, el MGU del ERS-K ya no estará en la parte frontal del motor, porque con el doble de tamaño y las nuevas normas sobre el montaje de los elementos, el MGU estará situado a un lado del motor y bajo los escapes. Esto necesitará de algunos cambios en las bombas de agua, alternador y bombas hidráulicas, que anteriormente estaban situadas en esta zona. Sin embargo el MGU del ERS-H tiene que estar en el propio turbocompresor. Cuando el turbo gire, el MGU lo hará a la misma velocidad, alrededor de 100.000 rpm, y hacer lidiar al dispositivo con semejantes velocidades y sus asociadas fricciones y calor, será todo un reto.
Los dos MGU irán conectadas como antes al control de potencia y a las baterías, que por las mayores corrientes tendrán que ser más grandes. Esto ocupará más espacio en los pontones y bajo el depósito de combustible, y todos los componentes del ERS necesitarán refrigeración, por lo que los pontones tendrán que tener mayor tamaño para alojar los radiadores más grandes.
Así que con todos los sistemas de energía, estos pequeños motores de gasolina producirán un pico de potencia similar a los empleados hasta ahora. A diferencia de los anteriores KERS, este año los pilotos sólo pueden solicitar potencia a través del pedal del acelerador. Esto deja a la electrónica decidir en cada momento si se envía potencia a las ruedas traseras mediante el motor de gasolina o el ERS. Pero como en 2013 el piloto tendrá acceso a diferentes mapas de potencia desde el volante y por supuesto que habrá un botón que ofrecerá la máxima potencia del motor de combustión y el ERS para un uso táctico en carrera.
Frenos traseros activos
Un problema del ERS-K es el efecto que tiene en los frenos traseros. A medida que el MGU recupera energía actua como un freno, y ese efecto de frenado depende del nivel de recuperación de energía y del estado de carga de las baterías. Antes los equipos ajustaban la recuperación de energía para proporcionar un frenado igual a lo largo de toda la vuelta, pero en 2014, con un ERS mucho más complejo y una mayor recuperación de energía, sería difícil controlar el efecto de frenado.
Por eso la FIA ha permitido un sistema de freno «by-wire» por primera vez. Descrito en la normativa como el «sistema de control del freno trasero», será un sistema que reacciona a las demandas del piloto sobre el pedal de freno y aplicará la correspondiente fuerza de frenado teniendo en cuenta el nivel de recuperación de energía del ERS. Aunque técnicamente es un sistema activo, no va a proporcionar ninguna forma de antibloqueo de frenos, porque el control del sistema estará vigilado por la centralita estándar de la FIA. El sistema sólo aplicará la fuerza de frenado resultante de los cálculos, si el piloto pisa demasiado fuerte, las ruedas se bloquearán.
Gestión de la energía
Solo el nuevo ERS-K será capaz de impulsar el coche durante la mayor parte del tiempo que el piloto está pisando el acelerador al máximo. Y cuando la batería se quede sin carga, el ERS-H puede proporcionar energía adicional para alimentar el MGU del ERS-K. Equilibrar el uso de la potencia y la energía será la clave para sacar el máximo del ERS en calificación y carrera, así como el uso de la potencia eléctrica para compensar la reducción del conbustible a emplear en carrera. Entender cuál es la mejor forma de emplear toda la energía disponible será un rompecabezas para los equipos.
Otra cuestión vital es la fiabilidad, porque todos los sistemas son complicados, operan en un entorno difícil de vibraciones, calor y cargas. Y a diferencia de hasta ahora, un problema en el ERS puede dejar un coche con tres cuartas partes de su potencia, lo que supondría mucho tiempo por vuelta además del aumento de consumo de combustible para compensar la pérdida de ERS. Averías de este tipo serán comunes y perjudicarán enormemente las carreras de los pilotos, pudiendo incluso obligar a retirarse.
Por el contrario, con un límite de sólo 100 kg de combustible para las carreras, un ERS eficiente puede reducir el consumo de combustible del motor. Es difícil imaginar que 160 cv de potencia vendrán sólo del aprovechamiento de la energía desperdiciada. Será una tecnología increíble que proporcionará grandes avances a nuestros coches de calle.
Leer también: Todo sobre los motores de 2014
fuente: autosport
Por cierto, gracias por vuestra amabilidad sobre mis comentarios. Espero no haberme excedido con mis divagaciones.
Paco2, siempre es mejor pecar por exceso que por defecto como dicen en mi trabajo. jejeje. Así que por favor no te cortes. Lo que comentas es precisamente lo que van a hacer, pero el problema es que como se busca mucho ahorrar el consumo, no sale a cuenta hacer trabajar más el turbo para consumir más. Si que buscarán como dices una curva de par bastante plana para hacerlo coincidir el máximo tiempo posible con la potencia máxima ya que es el máximo rendimiento con el mínimo consumo. En cuanto a lo del 0-100, supongo que será para evitar tanta potencia de golpe en marchas cortas y evitar perdidas de tracción y porque lo interesante es tener mucha potencia a alta velocidad para poder vencer la resistencia al aire. Saludos.
SINCERAMENTE ESTOY SORPRENDIDO CON EL DIALOGO DE PACO2 Y TECHF1.
También comprendo ciertas dudas que me vengo planteando, ¿cuando Luca Marmorini expreso que no tenia una idea definida?, si la MGU-H seria útil para mover el TURBO, a bajas rpm, ya que los gases de escape al disminuir afectarían el regimen del TURBO, o este seria de gran utilidad en el giro de la MGU-H, un tema que dejo en la duda y nunca lo aclaro.
Pero interpreto que la MGU-H ayudara al TURBO A
SE ENVIÓ SOLO.
Ayudara al TURBO a bajas rpm. dejo de ser una idea para convertirse en una realidad, me alegra este fluido dialogo, y mas sabiendo que un comentario y el gráfico que subí, es parte del tema, y mas si dos universitarios engalanan la pagina con sus aportes.
GRACIAS SEÑORES.
Amigo Moahamad, como hablamos hace tiempo, seguramente lo vayan ajustando en función de las características de cada circuito ya que en una pista rápida no tiene sentido hacer girar el turbo con el MGU-H por poner un ejemplo. Supongo que por eso Marmorini no especificó más datos pero es difícil de saber. Sigo pensando lo que podrían haber conseguido si mantienen soplando el turbo y los gases de escape con el MGU si permitieran los escapes soplados. Una pena no saberlo nunca. 🙁 Saludos.
Amigo Moahmad, se olvidó usted de incluirse en esa ecuación del dialogo. Mientras más granos de arena, mayor es el desierto y cada grano cuenta. Un abrazo.
Estimado amigo Techf1.
Mi colaboración es insignificante, aporte lo que tenia nada mas, el resto es de ustedes, no puedo incluirme con un nivel tan profesional.
Igual agradezco la deferencia hacia mi persona.
GRACIAS INGENIERO TECHF1.
Al margen todo esto se lo debemos al amigo ION que nos permite este fluido dialogo, a veces me paso de rpm, pero son circunstancias fortuitas, fruto de mi afán de colaborar.
La nota merecía un nivel de comentarios acorde a la importancia de la misma, y ustedes lo lograron.
Saludos.
Je, je, la que se avecina (ya lo dije). En verdad que ha sido una revolución total. Leyendo los posts veo que todos coincidimos en una serie de razonamientos, pero he estado leyendo el reglamento técnico que ha publicado la FIA , y he visto cosas muy curiosas. La paliza que supone para la electrónica, electricidad y baterías el estar en un continuo genero/cargo/aporto potencia/descargo… y dale que te pego es de mucho cuidado. De entrada parece ser que se ha pensado en sustituir las baterías de Li Ion, hasta ahora empleadas, por las Li Ion Polímero que soportan mejor los ciclos tan repetitivos de carga/descarga, y además parece ser que ocupan menos espacio. El asunto temperatura es un poco delicado pues si bien trabajan mejor a una temperatura superior a la ambiente (y ojo, porque hay ambiente y ambiente) tampoco admiten valores muy altos. El MGU-K es obligatorio que se conecte al cigüeñal antes del embrague principal y no se permite ningún sistema que pueda variar la relación de acoplamiento. Me ha llamado la atención cómo, en el reglamento, se detalla la forma de operar el acelerador. Específicamente se prohíbe que el pedal y su mecanismo tengan «muescas», o similar, que indiquen al conductor en qué posiciones intermedias está. Tampoco se permite que esas «muescas» permitan dejarlo temporalmente en una posición determinada. El único medio permitido para controlar el par aplicado a las ruedas es el acelerador (especifican: acelerador de pie). Por encima de 4000 rpm el mapa de demanda de par no tendrá un gradiente menor de -0.045 Nm/rpm. Respecto al mando del embrague también atan todo muy bien para que sea la sensibilidad del conductor la que mande, y no los automatismos. De manera es que los conductores van a tener que ser muy pero que muy finos con el pie derecho (sobre todo con los valores de par motriz más altos que con los anteriores monoplazas).
Después de leer partes del reglamento técnico me parece entender que quien decida si la MGU-H carga las baterías o apoya a la K será el software y no el conductor. Hay algo que me parece que no estoy de acuerdo con Paco2, y es que la energía manejada por el H sea ilimitada. La energía recuperada por la H está limitada a 2 MJ/vuelta, y lo mismo para la K. Y luego dicen que la energía máxima suministrada por vuelta son 4 MJ. En efecto:
2 MJ de H + 2 MJ de K = 4 MJ. Lo que da un tiempo máximo de entrega por vuelta de t = 4000/120 = 33.3 segundos. Así es como yo lo veo. Espero y agradeceré que me corrijáis si estoy equivocado. Por cierto, los 33 segundos vienen a ser 1/3 de vuelta aproximadamente (tomando como media de los circuitos 1 min. 30 seg. por vuelta). Lo cierto es que aquí tenemos un matrimonio (motor térmico+K/H) que habrá de estar muy bien avenido y el secreto será coordinar todo en base a las posibles estrategias. Por cierto, que la misión del H de evitar el lag (retardo) del turbo en la fase de aceleración la estamos olvidando un poco, y me parece a mí que es muy importante.
Saludos para todos… y ya sabéis: si conducís un F1 2014, pie derecho tranquilo.
mns,
La interpretación de la energía ilimitada por la MGU-H, la he sacado del gráfico que aporto Jorge en:
http://imageshack.com/a/img834/4120/jn2m.jpg
No he leído la normativa escrita, como indicas que has hecho tú. Aunque he visto otro gráfico, procedente de Mercedes que también me pareció que decía lo mismo.
mns,
aquí tienes lo que te mencionaba sobre el gráfico de mercedes, https://twitter.com/Cristalbox/status/425983116118081536/photo/1/large.
Todos hablan de los sistemas de recuperación de energia y del turbo que es lo nuevo, a parte que el motor va ser de 6 cilindros, vemos que hay limitaciones en la recuperación de energía y la manera de entregarla, también sabemos que hay 100 Kg/hr de combustible de restricción, pero abrieron la brecha a materiales exoticos para fabricar ciertas piezas del motor así que ahi se abre un abanico de posibilidades para todas las escuderias, dicen que esos 100 Kg/hr son apartir del semaforo en verde o sea que el tanque puede llevar más capacidad, lo que no entiendo es lo de 100 Kg/hr ¿quiere decir que si la carrera dura 2 Hr podemos consumir 200 Kg/Carrera?. Viendo el funcionamiento de los turbos quiere decir que vamos iniciar la carrera aplicando los ERS sobre el turbo, debido a que no va a tener la misma cantidad de presión de gases de escapes al inicar la carrera. No se si halla limitaciones para los intercooler, si deben ser de aire, de agua o se pueda aplicar algunos tipos de gases, Y no se si se pueda buscar un mejor combustible con mayor octanaje o otros aditivos para darle más potencia a la gasolina y aprovecharla de la mejor manera, bueno esas fueron mis aportaciones y por aqui nos leemos.
Oooh, Paco2, gracias por partida doble. Primero porque gracias a que comentaste sobre el asunto yo lo contrasté con lo que entendí, y segundo porque te tomaste la molestia de aclararme que estaba equivocado (como así era). He revisado todo lo que tenía sobre el asunto y he visto mi error. También he visto en dónde estaba el fallo, pero como han sido varios factores -la prisa entre ellos- los que me habían llevado al error no voy a aburrir a nadie contando mis pecados. Gracias Paco2, de nuevo.
Queda claro entonces que el flujo de energía entre MGU-H y la batería o la K es ilimitado. Lo que sí es como he dicho en mi post #29 son los 2 MJ/vuelta máx. a almacenar desde la K y los 4 MJ/vuelta máx. que puede suministrar la K (lo que ella reciba de las baterías + lo que le aporte directamente la H. Que ahí estaba mi error). Y también casan los 33.3 segundos que salen de 4MJ / 120 kW = 33.3 seg. Es evidente que todo esto da para un montón de estrategias distintas.
Saludos para todos… y en especial para Paco2.
Ray-1972, los 100kg/h es el flujo de combustible no el consumo medio. Es decir, sí gastaran 100kg en una hora se quedarían sin combustible y no puede ser superior el consumo, pero si consiguen un consumo de 50kg a la hora podrían rodar durante dos horas. En cuanto al resto de cosas que mencionas salvo los materiales, está todo regulado por la normativa. Antiguamente sí usaban mayor octanaje en el combustible pero llevan unos años en los que está regulado por normativa salvo los aceites de los motores.
MNS, La MGU-H está limitada a 125.000rpm y la MGU-K a 50.000rpm o un par de 200Nm. Saludos.
Saludos, mns
Buenas noches.
Ya que se pueden cambiar cualquiera de los 6 componentes de la unidad de potencia, nos encontraríamos que en MÓNACO no es necesario un motor nuevo si una batería nueva, un motor con 4/5 carreras es útil lo mismo, en MONZA seria todo al revés ,un motor nuevo y una batería con 4/5 carreras, considerando que cualquiera de los componentes se pueden intercambiar libremente hasta el 5°.
Que ironía en este 2014, una batería = un turbo = un MGU-K = un MGU-H = un control electrónico = un MOTOR TÉRMICO V6 = TODO ES IGUAL A LA UNIDAD DE POTENCIA.
Ya estoy para retirarme, ¿una batería = un motor térmico?, es lo mas ridículo que vi en toda mi vida.
CHAO.
Anoche fui afectado de una fuerte colitis/diarrea, fiebre y escalofríos despues de escribir el # 27/28 y recién me levante hoy pasada las 14.00 hs de BS AS, SERA EL INTENSO CALOR O UNA PATALETA AL HÍGADO,
Me encuentro mejor, pero sin voluntad de escribir.
Felicito a todos los que participan en la nota.
CHAO
Sí, techf1, eso ya lo tenia todo. El error era de interpretación. Gracias.
Hay una cuestión sobre la «colaboración» entre el motor térmico y el K (bueno, también es para el antiguo KERS): El par motriz, que aparece como resultante de la aportación de ambos sistemas, en la entrada a la caja de cambios ha de ser 50% de origen motor térmico y 50% de origen K porque si los dos pares no son iguales el mayor «arrastrará» al otro ¿no?, y esto hace que haya que manipular (por parte del software de control) el par de uno, otro o ambos. ¿es así? Esto independientemente de que en origen ambos pares son, por supuesto, distintos, así como también -y mucho- sus curvas de par. En concreto, el par del eléctrico crece muy rápido desde un régimen de rpm muy bajo hasta su valor máximo, para luego caer, podríamos decir que con bastante rapidez. Por supuesto que entre ambas unidades hay una transmisión por ruedas dentadas que hacen un acoplo cuya relación es fija (el reglamento ya dice que ha de ser así). Me hago esta pregunta por dos motivos: 1) Leí algo sobre ello en un proyecto fin de carrera de unos ingenieros, y además referido precisamente al antiguo KERS, pero entre que no está muy bien redactado y que no me fío mucho… y 2) Nunca me he topado con ese asunto de acoplar dos motores «colaborando». Sí tengo claro todo el asunto de engranajes, pero siempre con un solo motor.
Bueno, pues eso es… yo no quiero mirar a nadie techf1, ja, ja ja. Bueno, lo mismo se lo agradeceré a cualquier otro de vosotros que me lo aclare.
Saludos para todos… y ya sabéis: ¡¡Esto es la revolución de la F1!!
Referente a mi comentario # 36 no es que este delirando, la fiebre ya no existe es que al leer esta nota, abro el paraguas, http://www.blogf1.it/2014/01/22/tecnica-2014-gestione-dellenergia-nelle-nuove-power-unit/
me evita comentarios extensos, la acabo de leer, por lo tanto la dejo a criterio de ustedes, yo ya saque mis conclusiones y concuerdan con la función de la MGU-H.
Ahora si doy por finalizada mi participación en el tema.
Agote la batería = QUE EL MOTOR.
CHAO.
Ay Jorge, pecador, pecador… y sufridor de las calorinas que están afectando a Argentina. Que te cuides, te mejores y seas bueno (je, je). Un abrazo