Renault F1 da la bienvenida a una nueva temporada con más tensión.
El Campeonato del Mundo FIA Formula 1 establece los cambios técnicos más radicales en la historia de este deporte en 2014.
Si hace unas semanas era, Infiniti Red Bull Racing, el primer equipo que se atrevía a analizar la exigente normativa de Fórmula 1 para esta temporada 2014 y que, casi, la convierten en nueva, ahora es el turno de Renault F1.
Este año, el Campeonato FIA de Fórmula 1 está listo para una serie de cambios radicales en la reglamentación técnica, por lo que la llegada de esta nueva tecnología también significa que la palabra «motor» ya no es suficiente: ahora se referirá a «Unidades de energía». La eficiencia energética llegará a niveles nunca vistos en el automovilismo deportivo antes, con dos tipos de energía que impulsarán los coches, por unidades de energía altamente sofisticadas que combinan motores de combustión interna con turbocompresor y potentes sistemas de recuperación de energía a partir de la recuperación de energía de escape (energía térmica) y el frenado (energía mecánica). Los dos sistemas funcionan en armonía, con equipos y pilotos equilibrando el uso de los dos tipos de energía a lo largo de la carrera. En el transcurso de la primera vuelta, los coches serán impulsados tanto por combustibles tradicionales como por energía eléctrica y, junto con la doble restricción en el flujo de combustible y peso, hará que las unidades de potencia entre los motores sean del más bajo consumo del mundo.
El nuevo motor Energy F1 de Renault ha sido desarrollado en Viry-Châtillon, Francia, y ya está listo para las pruebas en pista. De nueva generación, refleja las sinergias con la gama de motores Energy eficientes en combustible utilizados en los coches de Renault, que mantienen o mejoran el placer de conducción, la potencia y la aceleración de los motores para lograr el más bajo consumo de combustible y emisiones de CO2.
Las cinco Unidades de Potencia permitidas por piloto cada año serán un motor de combustión interna, en arquitectura V6, de 1.6 litros y turbo con inyección directa, capaz de alcanzar una régimen máximo de giro del motor de 15.000 rpm, que incorporarán dos potentes sistemas de recuperación de energía con dos unidades generadoras, la MGU-H que recuperará energía a partir de los gases de escape y MGU-K, que recuperará la energía de frenado.
La energía eléctrica recuperada almacenada en una batería permitirá ofrecer una potencia máxima combinada de 760 CV, a la par con la generación anterior V8. La doble restricción en el consumo de combustible supone que la cantidad de combustible para la carrera estará limitada a 100 kg (-35% con respecto a 2013), por lo que el combustible se limita a 100 kg/h, como máximo que, frente a 2013, la regulación no tenía límite y, por tanto, los coches tendrán que utilizar combustible y energía eléctrica en la vuelta de clasificación.
Además, el desarrollo del motor se congelará durante la temporada y sólo se permitirán cambios por razones justas y equitativas.
En detalle…
V6 es la abreviatura de un motor de combustión interna con sus cilindros dispuestos en dos bancadas de tres cilindros dispuestos en una configuración de «V» sobre un cigüeñal común. El Renault Energy V6 F1 tiene una cilindrada de 1,6 litros y rendirá una potencia máxima de, aproximadamente, 600 CV, más de tres veces la potencia de un Clio RS.
Contrariamente a la creencia popular, el ICE no es la parte más fácil de la unidad de potencia en su diseño, puesto que la arquitectura es muy diferente a la de un V8. A causa de las enormes presiones del turbocompresor dentro de la cámara de combustión, que son casi dos veces más que el V8, el cigüeñal y los pistones estarán sujetos a esfuerzos masivos y la presión dentro de la cámara de combustión puede elevarse a 200 bar, o más de 200 veces la presión ambiente. La presión generada por el turbocompresor puede producir un «picado» dentro de la cámara de combustión que es muy difícil de controlar o predecir. En caso de que este fenómeno destructivo ocurra, el motor se destruirá inmediatamente.
Todas las unidades de potencia deben tener inyección directa (DI), donde el combustible se pulveriza directamente en la cámara de combustión en lugar de en el puerto de entrada por encima de las válvulas de admisión. La mezcla de combustible-aire se forma dentro del cilindro, por lo que se requiere una gran precisión en la medición y dirigir el combustible desde la boquilla del inyector. Este es un sub-sistema considerado clave en el corazón de la eficiencia del combustible y la entrega de potencia de la unidad de potencia.
Una de las opciones de diseño centrales de la ICE fue hacer que la inyección directa (DI) estuviera montada en la parte superior (donde el combustible se pulveriza en la parte superior de la cámara de combustión cerca de la bujía de encendido) o montado en el lateral (más abajo en la cámara). La opción ha seguido siendo recortar los cilindros para mejorar la eficiencia y hacer más fácil la conducción en las curvas.
Un turbocompresor utiliza la energía de los gases de escape para aumentar la densidad del aire de admisión del motor y por lo tanto, producir más potencia. Al igual que el principio empleado en los turismos, el turbocompresor permite que un motor más pequeño logre más potencia de la que su tamaño normalmente permite. La energía de escape se convierte en potencia del eje mecánico por un escape de la turbina y la energía mecánica de la turbina se utiliza para accionar el compresor, y también la MGU-H (ver más abajo).
En el punto más rápido de giro del turbocompresor, éste lo hace a 100.000 revoluciones por minuto, o más de 1.500 veces por segundo, por lo que las presiones y temperaturas generadas son enormes. Parte de la energía recuperada de los gases de escape será pasada a la MGU-H y se convertirá en energía eléctrica que se almacenará y después podrá ser desplegada para evitar que el turbo frene demasiado en las frenadas.
A medida que la velocidad del turbocompresor varía para que coincida con el requisito de funcionamiento del motor, puede haber un retraso en la respuesta del par motor, conocido como el retraso del turbo, cuando el conductor pisa el acelerador después de un período de frenado sostenido. Uno de los grandes retos de la nueva unidad de energía es reducir este retraso del turbo a cerca de cero para que coincida con la entrega de par motor instantáneo de los motores V8.
En los motores turbo convencionales, una válvula de descarga se utiliza junto con un turbocompresor para controlar las altas velocidades de rotación del sistema. Se trata de un dispositivo de control que permite que los gases de escape en exceso pasen por un «by-pass» de la turbina y que coincida con la energía producida por la ésta y que se necesita para que el compresor suministre el aire requerido por el motor. En el motor Renault Energy F1, la velocidad de rotación del turbo es controlada principalmente por la MGU-H (ver más abajo); sin embargo, se necesita una válvula de descarga para mantener el pleno control en cualquier circunstancia, sea transitoria, rápida o se proceda a la desactivación de la MGU-H.
En un plano hay ciertas partes que son clasificadas como críticas si fallan. El principio es el mismo para la válvula de descarga: Teniendo en cuenta que la válvula de descarga está vinculada al turbocompresor, pero se encuentra en una zona muy concurrida del coche, el reto es hacer que sea lo suficientemente robusta como para soportar las enormes presiones, si no las consecuencias serán muy graves.
La MGU-K está conectada al cigüeñal del motor de combustión interna. En una frenada, la MGU-K funciona como un generador, recuperando parte de la energía cinética disipada durante el frenado y que la convierte en energía eléctrica para que puede ser desplegada en toda la vuelta (limitada a 120 kW o 160 CV por las reglas de la FIA). Al acelerar, la MGU-K se alimenta de la potencia de la batería o de la MGU-H y actúa como un motor para propulsar el coche.
Mientras que en 2013 un fallo del KERS suponía alrededor de 0,3 segundos por vuelta en la mitad de las carreras, las consecuencias de un fracaso de la MGU-K en 2014 serían mucho más graves, dejando al coche impulsado únicamente por el motor de combustión interna.
Así, el comportamiento térmico es un problema enorme, ya que la MGU-K generará tres veces más calor que la unidad KERS del motor V8.
Por tanto, la MGU-H está conectada al turbocompresor actuando como un generador, que absorbe la energía desde el eje de la turbina para convertir energía térmica de los gases de escape. La energía eléctrica puede ser dirigida hacia la MGU-K o hacia la batería para el almacenamiento y su uso posterior. La MGU-H también se utiliza para controlar la velocidad del turbocompresor, para que coincida con el requisito de aire del motor (por ejemplo, para reducir la velocidad en lugar de la válvula de descarga o para acelerarlo para compensar el retraso del turbo). La MGU-H produce una corriente alterna, pero la batería es de corriente continua, de modo que se necesita un convertidor de gran complejidad.
Velocidades de rotación muy altas son un reto cuando el MGU-H está acoplado a un turbocompresor que gira a velocidades de hasta 100.000 rpm.
El calor y la energía cinética recuperados pueden ser consumidos de inmediato, si es necesario, o se puede utilizar para cargar el acumulador de energía, o la batería. La energía almacenada se puede utilizar para propulsar el coche con la unidad MGU-K o para acelerar el turbocompresor con la MGU-H. En comparación con el KERS utilizado en 2013, el ERS de la unidad de potencia de 2014 tendrán el doble de potencia (120 kW frente a 60 kW) y la energía que contribuye al rendimiento es diez veces mayor.
La batería tiene un peso mínimo de 20 kg para alimentar un motor que produce 120 kW. Cada kilogramo alimentará 6 kW, una enorme relación peso/potencia, que producirá grandes fuerzas electromagnéticas que pueden afectar a la precisión de los sensores, que son particularmente sensibles. Lograr un equilibrio de las fuerzas es como tratar de llevar un castillo de naipes en una tormenta, una operación delicada y arriesgada.
El intercooler se utiliza para enfriar el aire de admisión del motor después de que ha sido comprimido por el turbocompresor. La presencia de un refrigerador intermedio, ausente en los motores V8 de aspiración normal, junto con el aumento de la potencia de los sistemas de recuperación de energía, supone que sea un proceso de integración complicada, ya que el área de superficie total del sistema de refrigeración y radiadores ha aumentado significativamente en 2013.
La integración del intercooler y otros radiadores es clave, pero lograr una refrigeración eficaz sin incorporar radiadores gigantes es un importante reto y un factor clave del rendimiento.
¿Cómo encaja todo en una vuelta?
En aceleración, por ejemplo por la recta de boxes, el motor de combustión interna va a utilizar su reserva de combustible y el turbocompresor girará a la velocidad máxima de 100.000 rpm. La MGU-H, actuando como un generador, recuperará la energía de los gases de escape y la pasará a la MGU-K, o a la batería en caso de que necesite recargarse) La MGU-K, que está conectada al cigüeñal de la ICE, actuará como un motor y entregará una energía adicional para rendir más potencia o ahorrar combustible, en función de la estrategia elegida.
Al final de la recta, el conductor levanta el pie para frenar a girar en una curva. En este punto, la MGU-K se convierte en un generador y recupera la energía disipada en la fase de frenado, que se almacenará en la batería.
Al frenar, la velocidad de rotación del turbo disminuirá debido a la falta de energía en los gases de escape que, en los motores tradicionales, conduce al retraso en la respuesta del turbo, el efecto conocido como «turbo-lag». Este fenómeno se produce cuando el conductor vuelve a acelerar: la inyección de combustible se inicia de nuevo y genera gases de escape calientes que aceleran el turbo, pero necesita tiempo para volver a la velocidad de giro completo en el que el motor produce el 100% de su potencia. Para evitar este retraso, la MGU-H actúa como un motor durante un tiempo muy corto para acelerar instantáneamente el turbo a su velocidad óptima, ofreciendo toda la potencia al conductor.
En el transcurso de la vuelta, se vigilará de cerca este equilibrio entre la captación de energía, su despliegue y el consumo de combustible.
El hecho de que el conductor no controle el equilibrio entre el combustible y la potencia no disminuye la participación del conductor en cualquier forma y, de hecho, su trabajo será más complicado que en temporadas anteriores, ya que seguirá luchando contra el coche para mantenerlo bajo control durante una frenada brusca, gestionando el frenado para evitar el subviraje en una curva, aplicando un delicado control sobre el pedal del acelerador a media curva, barriendo en las curvas complejas o lanzando el coche en curvas de alta velocidad. En términos de estilo de conducción, es muy posible que sea necesario hacer algunos ajustes.
La estrategia y gestión de carrera también serán más flexibles que en la temporada pasada y la solución más óptima variará enormemente de un circuito a otro, dependiendo de factores como el porcentaje de apertura de la mariposa, las velocidades de las curvas y la configuración aerodinámica del coche.
La vuelta de clasificación
En 2014, el coche más rápido de un sábado iniciará la carrera desde la pole, ya que las sesiones se llevarán a cabo «a toda máquina». Los coches seguirán siendo limitados por la restricción del flujo de combustible de 100 kg/h, pero este límite de combustible será irrelevante, ya que muy poco de él se quema en una sola vuelta. Por tanto, el piloto podrá utilizar el 100% del caudal de combustible permitido y todo la energía acumulada en la batería para su vuelta de calificación. Sin embargo, en caso de optar por utilizar toda la energía en una sola vuelta, no será capaz de completar dos vueltas cronometradas y tendrá que esperar hasta que el acumulador se recargue. Esto dará lugar a que algunas de las sesiones sean más tensas y a un número de diferentes estrategias.
Gestión de la unidad de potencia: qué se puede cambiar entre carreras
A menos que un piloto conduzca para más de un equipo, cada piloto puede usar no más de cinco unidades de potencia durante una temporada del Campeonato. Si se utiliza una sexta unidad de potencia completa, el piloto deberá comenzar la carrera desde el pit lane. Sin embargo, este año la unidad de potencia se divide en seis elementos separados:
Engine (ICE).
Generador Motor unidad cinética (MGU-K).
Generador Motor unidad de calor (MGU-H).
Acumulador de energía (ES).
Turbocompresor (TC).
Electrónica de control (CE).
Cada conductor puede utilizar cinco de cada uno de los componentes anteriores durante una temporada de un campeonato y cualquier combinación de ellos puede ser instalada en un coche en un momento dado.
La primera vez que un piloto utilice una sexta parte de los seis elementos se sancionará con diez posiciones en la próxima carrera. Esto inicia un nuevo ciclo, por lo que si otra parte diferente se utiliza por sexta vez, recibirá una penalización de 5 posiciones.
Si un piloto quiere utilizar una séptima parte de los seis elementos, comienza otro ciclo nuevamente, por lo que recibirá una pena de 10 posiciones más. La segunda vez que quiera usar una séptima parte recibirá una penalización de 5 puestos.
Si se impone una pena de posición en la parrilla que todo el castigo no se puede aplicar, el resto de la pena se aplicará en la próxima carrera.
[flickr-gallery mode=»photoset» photoset=72157640119206355]