Diez años de electricidad en Formula 1

Diez años de electricidad en Formula 1

La temporada 2019 de Formula 1 ya ha empezado y será el décimo aniversario de la introducción de la energía eléctrica en la categoría. Aunque su aparición fue un poco accidentada al principio, más tarde ha supuesto una auténtica revolución para el rendimiento de los monoplazas de la categoría reina. Lo que al principio era solo un sistema para facilitar los adelantamientos, se ha convertido en una parte esencial del sistema de propulsión que aporta alrededor del 15% de la potencia de la que disponen los pilotos.

En 2009, la FIA introdujo un sistema que debía ayudar a adelantar, además de reducir costes y consumo. La solución era un dispositivo de frenada regenerativa que almacenaría energía eléctrica y permitiría al piloto poder liberarla a su antojo para disponer de un plus de potencia durante un tiempo limitado. La idea era buena, pero esa temporada hubo muchas quejas por parte de los equipos, que alegaban que habían tenido muy poco tiempo de desarrollo, que su implementación era muy costosa y que podría ser peligroso en una fase tan inicial, esto último fruto de que un mecánico de BMW resultara herido por una descarga eléctrica de un coche con este sistema.

Ciclo de energía del KERS.

El KERS, que así se llama, acumula parte de la energía que se disipa en una frenada y la almacena en un banco de baterías para que el piloto pueda usarla para ganar algo de potencia cuando lo necesite. En total este sistema podía acumular, en ese momento y limitado por reglamento, hasta 400 KJ por vuelta que se traducían en unos 80cv de potencia durante algo más de 6 segundos a lo largo de cada vuelta. No era algo que realmente marcara la diferencia, así que algunos equipos decidían montarlo o no según el circuito para ahorrarse el peso del sistema en citas como Mónaco o Singapur, donde la estabilidad del coche es más importante que la velocidad que aportaba.

El piloto disponía de la energía del KERS con sólo apretar un botón en su volante.

Para la primera temporada con esta nueva medida, solo cuatro equipos disponían de la tecnología desde el comienzo de la temporada, y la polémica envolvió el uso del sistema eléctrico. Así que tras la presiones del resto de equipos se acordó que durante la temporada 2010 no se usaría para así introducirlo totalmente en 2011 en todos los equipos. El KERS en sí no era una revolución a nivel tecnológico, pero sí fue un primer contacto con la energía eléctrica como asistencia a los motores. Y eso sentó las bases para la hibridación que vendría en 2014, y eso sí cambió las reglas del juego.

Ese año cambió el reglamento y los vetustos motores V8 atmosféricos dejaron paso a los V6 Turbo-híbridos. Los motores actuales tienen menos cilindrada y son menos potentes en cuanto a su fase de combustión interna, pero el regreso del turbo y el uso de un sistema híbrido los convierten en unidades de potencia muy avanzadas y eficientes que rondan los 1000cv.

Los motores ahora se llaman unidades de potencia por que constan de cuatro grandes partes que forman un conjunto. Una de ellas es el motor de combustión interna o ICE, por sus siglas en inglés. Es un V6 de 1600 cc que rinde entre 800 y 900 cv, si bien son aproximaciones porque los motoristas jamás han revelado cifras oficiales de rendimiento en ese aspecto. Al motor convencional se unen dos generadores eléctricos: el MGU-K y el MGU-H. El primero (MGU-K) es básicamente el antiguo KERS en una versión mejorada y tiene, a grandes rasgos, el mismo funcionamiento.

El MGU-K sigue siendo esencialmente un KERS, pero el MGU-H va acoplado al turbo para aprovechar los gases calientes de escape.

La verdadera innovación está en el MGU-H, que aprovecha la energía de los gases de escape que hacen girar el Turbo. Este sistema recoge la energía que desprenden los gases calientes que salen del motor para generar energía eléctrica, en lugar de que esta se pierda en forma de calor. Toda esta electricidad se almacena en unas baterías diez veces más potentes que las usadas hasta 2013, que permiten una carga de hasta 4 MJ.

La parte eléctrica aporta ahora 160cv que ayudarán al motor durante unos 33 segundos cada vuelta para que los aficionados disfruten de los motores más complejos de la historia, que superan ya un 50% de rendimiento energético frente al 30% aproximado de los motores de combustión convencionales. Suenan menos, sí. Pero disfrutamos de los coches más rápidos de la historia de este deporte, gracias a estos 10 años de matrimonio con la energía eléctrica.

Los frenos en las carreras: la definición de brutalidad

Los frenos en las carreras: la definición de brutalidad

En varios de nuestros artículos os hemos ido hablando sobre como un coche puede ser más rápido y de las soluciones que pueden adoptar los equipos para ello. Pero hay un factor muy importante en juego del que a veces nos olvidamos, y que puede marcar la diferencia en el resultado final. Así que en este artículo os hablaremos de justo lo contrario: los frenos y la capacidad de frenada.

Aunque cada categoría pueda tener características diferentes en ese aspecto, al final todo se puede resumir en frenar lo más rápido posible sin comprometer la integridad de nuestro sistema o de nuestro coche. Así que lo que se busca es capacidad de detención y durabilidad, pues no hay que olvidar que es una de las partes que más sufre en una carrera. Como ejemplo usaremos a la categoría reina, la Formula 1.

Las temperaturas que se alcancan en los frenos son brutales, por eso se ponen al rojo vivo.

Solo para hacerse una idea, un F1 actual puede pasar de 100 km/h a 0 km/h en unos 15 metros, que es más o menos la cuarta parte de lo que necesita un coche normal, y detenerse desde 300 km/h en menos de cuatro segundos, generando fuerzas de hasta 6 G. Los números son impresionantes y es gracias a que su sistema de frenado es extremadamente potente. Los discos de freno y las pastillas están construidos de “carbono-carbono”, un material basado en la famosa fibra de este elemento que destaca por su ligereza, resistencia a la temperatura y coeficiente de fricción.

La fuerzas a las que son sometidos los frenos de este tipo de coches son brutales y, en frenadas fuertes, los discos pueden alcanzar mas de 1200ºC para después enfriarse otra vez hasta los 400ºC en cuestión segundos. Es por eso que se buscan materiales de altísima resistencia y durabilidad. Los equipos, además, usan discos perforados con hasta más de mil canales de refrigeración para mejorar la circulación de aire a través del sistema de frenado y aligerar al máximo el conjunto para mejorar el reparto de pesos del monoplaza.

Los frenos actuales se refrigeran mediante las entradas de aire y pequeñas perforaciones en los mismos discos de freno.

Otras categorías, como las de resistencia, usan discos metálicos para su sistema de detención ya que en su caso prima la durabilidad y sencillez frente a unas frenadas menos radicales. De hecho en el WEC es frecuente ver equipos cambiando los frenos gastados en las paradas de boxes, y es por eso, que unos frenos más resistentes y sencillos reducen el tiempo en boxes, que ya sabemos que en las carreras largas suele ser un factor decisivo.

La mejor forma de darse cuenta de la brutalidad de los frenos en las grandes categorías del automovilismo es verlos en acción en carreras nocturnas como puede ser el GP de Bahréin o la siempre apasionante noche de las 24h de Le Mans, en la que los discos al rojo vivo iluminan la bestial frenada de la recta de Mulsanne. Otra de esas pequeñas cosas que hacen del automovilismo uno de los mayores espectáculos deportivos.

En las carreras de resistencia con horas de noche, los frenos son un auténtico espectáculo.

El Efecto Coanda y la magia de las curvas

El Efecto Coanda y la magia de las curvas

En los coches de competición actuales, las leyes de la física son puestas a prueba para ser cada vez más rápidos. Ya os hemos hablado en artículos anteriores, como “Alerones para 2019: Qué es el “outwash” y por qué no acaba de gustarnos” y “El truco está en el fondo“, sobre la aerodinámica para hacerla un poco más accesible. Y hoy os hablaremos sobre uno de los fenómenos que hace todo esto posible: el efecto Coanda.

Tomaremos como ejemplo los F1 actuales. Todo su diseño incluyendo alas, fondo plano, difusor, aletines y, en general, cualquier parte de la carrocería forma parte de un conjunto que sólo funciona cuando todas las piezas lo hacen. Si nos fijamos en la carrocería de uno de estos coches nos daremos cuenta de que es muy difícil encontrar un superficie plana o angular, y de que su perfil tiende a dibujar sutiles curvas. Pues bien, cada una de esas curvas ha sido diseñada para mejorar el rendimiento al máximo.

La carrocería de un Formula 1 dibuja curvas sutiles, todas ellas estudiadas y probadas.

Todas esas curvas están pensadas para favorecer a un fenómeno que se explica gracias, otra vez, a la ecuación de Bernoulli, que ya os explicamos anteriormente. Esta dice, básicamente, que un fluido disminuirá su presión a medida que se acelere. Debido a eso, ante un flujo de aire constante, la parte del fluido que esté en contacto con una superficie lisa y paralela a este tendrá tendencia a pegarse a ese plano, porque ganará velocidad y por tanto perderá algo de presión. Si curvamos ligeramente esta superficie, podremos incluso dirigir el aire a nuestro antojo para que incida, por ejemplo, en un alerón. Este fenómeno es conocido como efecto Coanda.

Las curvas en la carrocería también predominan en otras categorías.

Si vemos un monoplaza desde arriba notaremos que, desde sus pontones laterales hasta la parte del escape, este describe una forma parecida a una gota de agua, que sería la forma ideal para favorecer este efecto sin generar demasiado “drag”. Cuando el aire choca contra nuestro coche, se genera un flujo turbulento por la incidencia del alerón delantero. Este está pensado para “apartar” el aire y así minimizar el efecto que puedan tener las ruedas, llevando una parte hacia abajo para que el fondo plano cumpla con su cometido. Después de esto, el aire es recogido con aletines situados más atrás, para que vuelva a fluir sobre nuestra carrocería y poder redirigirlo mediante ligeras curvas a donde pueda ser útil para pegar el coche al suelo.

El efecto Coanda explica porqué la forma de los coches parece que fluya hacia la parte posterior: porque igual que estas formas el aire se moverá de una forma controlada para producir esa magia invisible, que es la aerodinámica, y que puede suponer la diferencia entre encontrar un impedimento y conseguir una ventaja. Y todo eso gracias a la magia de las curvas.

El coche se va estrechando hacia el escape para redirigir el aire a su parte trasera.

 

El Dakar más abierto: Buggy vs 4×4

El Dakar más abierto: Buggy vs 4×4

El Dakar de este año se presenta movidito, sobretodo en lo que a coches se refiere, y es que hay dos gallos en el mismo gallinero que van a pelear hasta el final por hacerse con la victoria. Hablamos de los Buggy contra los 4×4 tradicionales.

Hace ya unos años que se creó un reglamento para dar cabida a unos coches más ligeros, sin tracción total y de motor central. Los llamados “buggy” se benefician de estas características para ser más rápidos en algunos tramos del Rally-Raid más famoso del mundo, pero hasta hace poco, no tenían mucho que decir ante los polivalentes todoterrenos 4×4, que dominaban esta competición sin demasiada oposición de los menos manejables 4×2, recién aparecidos. Hasta que llegó Peugeot Sport y reinterpretó el reglamento, a priori creado para equipos privados, para sacarse de la manga un Buggy que no solo era capaz de plantar cara a los 4×4, sino que además acabó dando su segundo Dakar a Carlos Sainz.

Los buggy llevan una configuración más radical en cuanto a recorrido de la suspensión y tamaño de los neumáticos.

La mayor diferencia entre estos dos grupos de coches es su tren motriz. En los todoterrenos tradicionales el piloto dispone de tracción a las cuatro ruedas, lo que le da una ventaja en situaciones de baja adherencia frente a las dos ruedas motrices de los buggies, pero a cambio el piloto de este útlimo tiene la capacidad de hinchar y deshinchar las ruedas a su gusto desde la cabina. Variar la presión de las ruedas es un recurso valioso en zonas de arena y dunas, ya que al reducir la presión del neumático se aumenta la superficie de contacto y se puede ganar tracción en un terreno tan traicionero como es el desierto. Sin embargo, en los 4×4 esto se deberá hacer de forma manual bajándose del coche, lo que representa una importante pérdida de tiempo.

Los 4×4 serán más estables en pista gracias a su tracción integral.

Las diferencias entre ellos también afectan a otras características del coche, como la suspensión y los neumáticos, así que son dos conceptos diferentes que van a luchar por la misma meta. Ambos reciben la homologación T1 de la FIA, y están construidos sobre un chasis tubular y con carrocerías de fibra de carbono. En los todoterrenos, el motor debe estar situado en la parte delantera del coche y el depósito de combustible en la parte trasera de la jaula de seguridad, mientras que en los buggies, el depósito está situado bajo los asientos y el motor en una posición central-trasera. Los 4×4 serán más pesados, con un recorrido de la suspensión más corto y ruedas más pequeñas, lo que significa que el piloto saldrá más castigado de zonas bacheadas. Pero su coche será más rápido en pistas, debido a que los pilotos de los buggies deberán lidiar con los derrapes que pueda ocasionar la disposición de su motor y su tracción trasera.

Dos coches muy diferentes para intentar domar una de las carreras más duras del mundo. En una prueba como el Dakar, cualquiera de ellos puede salir vencedor y estamos seguros de que la suerte tendrá un papel importante con tantos factores como hay en juego. Así que agárrense porque la batalla ya ha comenzado.

La magia del sistema Air Jack

La magia del sistema Air Jack

Es por todos sabido que las paradas son un elemento clave en el devenir de una carrera. Y cuanto menos tiempo se tenga el coche, mejor. Así que siempre se ha buscado la forma de facilitar el trabajo de los mecánicos para que se pierda el menor tiempo posible. Y para eso se inventaron los “Air Jack”.

Un Audi R8 suspendido sobre el sistema Air Jack en las Blancpain Series. Foto: © Sergi Merino Navarro (elacelerador.com)

Si hay que cambiar los neumáticos, es necesario levantar el coche del suelo para que el equipo pueda trabajar en las ruedas. Y aquí es donde los más avispados habrán notado una diferencia crucial entre, por ejemplo, la F1 y las carreras tipo GT. En el caso de las carreras de monoplazas, como la F1, estamos acostumbrados a ver a dos mecánicos con sendos gatos que levantan el coche mientras otros se encargan de las ruedas. Pero en el caso de las carreras de GT o prototipos, como pueden ser las de resistencia, los coches suelen pesar mucho más, casi todos por encima de los 1000 kg, así que sería difícil cargar todo ese peso entre dos mecánicos. Además, al ser coches carrozados dejan más espacio para introducir soluciones técnicas para lidiar con este tipo de problemas. Si alguna vez han visto una parada en boxes de este tipo de coches, verán que el vehículo se despega del suelo “solo”, sin que ningún mecánico empuñe una herramienta para tal propósito. Sin embargo, siempre puede verse un mecánico conectando una especie de cable al coche justo antes de que éste se levante. Este “cable” no es más que una manguera conectada a un sistema neumático (muchas veces unas simples bombonas presurizadas de aire).

En este caso la válvula donde se conecta el sistema está dentro de la “trompeta” al lado del escape. Foto: © Sergi Merino Navarro (elacelerador.com)

El sistema es más simple de lo que parece: Cuando el coche para, un mecánico conecta esta manguera a una válvula que lleva incorporada el coche y la presión del aire hace salir unos resortes del fondo del coche, así el peso del vehículo se apoya en esas patas y queda suspendido a unos centímetros del suelo. De esta forma, los mecánicos pueden trabajar en el coche cuando para durante la carrera e incluso en el garaje si el sistema se mantiene conectado.

Cuando el trabajo ha terminado solo hay que desconectar la bombona y la disminución de presión hace que las patas vuelvan a su sitio, así las ruedas vuelven al suelo y el coche está listo para rodar con normalidad. Es un sistema que añadiría demasiado peso a un monoplaza, pero en un coche carrozado es necesario y hace más cómodo trabajar para tener el coche listo en poco tiempo. Sólo un poco de aire presurizado, una manguera que manipula un único mecánico y unos sencillos resortes. Simple y brillante a la vez, ¿no les parece?

Este sistema permite a los mecánicos trabajar incluso dentro del garaje. Foto: © Pablo López Castillo (elacelerador.com)

 

Foto de portada: © Pablo López Castillo (elacelerador.com)

El truco está en el fondo

El truco está en el fondo

Hace unos días os contábamos cómo funciona el sistema DRS, y qué eran la carga aerodinámica y el llamado “drag”. Pero, ¿y si os dijéramos que el elemento más importante para el rendimiento aerodinámico de un coche no son los alerones? Normalmente el sistema que más ayuda a un coche a ir pegado al asfalto pasa desapercibido: El fondo plano.

En cualquier monoplaza (y en general cualquier coche de competición) lo que nos llama más la atención suelen ser los grandes alerones y apéndices de extraña geometría que llevan encima para intentar arañar unas décimas al cronómetro en las curvas. Pero más de la mitad del rendimiento que pueda tener ese coche se lo da el propio suelo. El fondo plano genera un agarre enorme y, además, no nos causa resistencia al avance, así que los equipos invierten mucho dinero en mejorar este importante elemento.

Desde su implementación, los fondos y los difusores son una de las zonas más trabajadas en cualquier coche de competición.

A finales de los setenta llegó la revolución. Colin Chapman introdujo en el Lotus 78 el llamado efecto suelo. Montó en el coche un fondo con forma de ala invertida y unos faldones que casi tocaban el suelo, de forma que el flujo de aire pasaba por un canal casi perfecto por debajo del monoplaza, lo que hacía que triplicara la carga aerodinámica de sus rivales y obtuviera un rendimiento en curva brutal. Y todo eso, gracias al efecto Venturi.

El efecto Venturi, que está directamente relacionado con la ecuación de Bernoulli, nos enseña que la presión de un fluido disminuye a medida que éste aumenta su velocidad. Y de la misma forma, al reducir el área del canal por donde circula, este debe aumentar la velocidad. Y eso es justamente lo que pasa bajo los coches de competición. El aire entra debajo del coche y se acelera porque es un canal más estrecho. Al acelerarse reduce su presión y, por tanto, el coche se pega al suelo como una ventosa. Además, cómo no hay ninguna superficie que impida el paso del flujo de aire, no nos genera “drag”, así que no nos frena. El ahora prohibido efecto suelo es la forma de llevar este fenómeno al límite, pero tras el accidente de Gilles Villeneuve en 1982, la FIA acabó con este sistema porque los coches podían salir volando si el flujo de aire se hacia inestable bajo el coche por cualquier irregularidad.

El Lotus 78 diseñado por Colin Chapman. Los faldones casi rozaban el suelo, maximizando el efecto suelo.

En su lugar introdujo el fondo plano actual, del que os hablaremos más adelante, y se consolidó el uso de difusores al final de éste.
Todo para intentar limitar la ventaja que nos puede dar ese elemento, que pasa inadvertido para el ojo inexperto, pero que puede significar la diferencia entre ganar o perder. Y si no que se lo digan a Brawn GP.

Los difusores están presentes en la mayoría de categorías del automovilismo.  Foto: © Sergi Merino Navarro (elacelerador.com)