TRILOGÍA SOBRE LAS UNIDADES DE POTENCIA: EL TURBO

 

Si tuviéramos que recordar dentro de algunos años los aspectos que han marcado la temporada 2014 de la Fórmula Uno, obligatoriamente tendríamos que mencionar la reaparición de los motores turboalimentados, ausente en la Fórmula 1 desde 1988. El cambio en la normativa ha generado un vuelco muy grande en el concepto que hasta ahora teníamos de los motores y que ha afectado incluso a su nombre, pasando a denominarse desde este año unidades de potencia. En esta nueva colaboración con Car and Driver  repasaremos los conceptos básicos del funcionamiento de un motor turbo dejando para futuras entregas los elementos que conforman el resto de la unidad de potencia, ERS-H y el ERS-K, pero eso será otra historia.

 Como entender las unidades de potencia de la Fórmula 1 actual (I - Turbo)

LA REFRIGERACIÓN DE UN MOTOR DE F1

Dicen que una mentira repetida mil veces se convierte en una verdad. Es cierto pero a veces sucede lo mismo con un concepto mal conocido que ha fuerza de repetirlo crees que también es verdad. Eso me ha sucedido hace poco con la refrigeración del motor. Una mala interpretación de un artículo me llevó a creer que solo estaba refrigerado por aceite pero no es cierto, es mucho más compleja e intervienen dos sistemas distintos que hacen una función global. Hoy quiero subsanar ese fallo y os quiero mostrar realmente cómo se refrigera un motor de F1.

Como ya sabéis, los motores de combustión interna distan mucho de ser eficientes en la conversión de energía química en potencia mecánica. ¿Sabéis cuál es el motor de este tipo más eficiente que el hombre ha fabricado nunca? Pues los nuevos V6 turbo híbridos que usa la F1 actualmente. Son los mejores aunque solo pueden aprovechar el 38% de esa energía.  El resto se pierde mayoritariamente en forma de calor tanto de la combustión como por fricción, disminuyendo el rendimiento del motor debido al rozamiento interno se sus piezas. Para evitar esto, los ingenieros  diseñan sus motores de forma que puedan bajar la temperatura  usando dos sistemas bien distintos, por un lado el sistema de refrigeración por aceite y otro por agua. Vamos al lío.

REFRIGERACIÓN POR ACEITE.

Este sistema es el encargado de enfriar la parte inferior del motor y sus componentes internos usando el propio aceite del motor como elemento refrigerante. Esta tecnología también se puede encontrar en los coches de calle pero son muy pocos y selectos los coches que lo utilizan. Básicamente, en estos sistemas se aumenta la cantidad de aceite del carter motor y se hace circular a través de un radiador de dimensión adecuada antes de pasar a lubricar y refrigerar el motor.
Dentro del motor hay una serie de piezas que necesitan lubricación para el perfecto funcionamiento del mismo. De todas ellas destacaremos el cigüeñal, distribución del motor y los cilindros. Estas piezas formal el corazón del F1 y es necesario que se mantengan dentro de un rango de temperaturas óptimos y que tengan un bajo coeficiente de rozamiento para evitar el desgaste y el sobrecalentamiento que se genera por el continuo roce de las piezas. ¿Cómo conseguir este objetivo de enfriamiento? Bien, vamos a conocer sus componentes.

El sistema de refrigeración lo forman los siguientes elementos:

1-      Bomba de aceite.

2-      Depósito exterior de aceite.

3-      Radiador.

4-      Circuito de lubricación.

5-      Aceite.

6-      Filtros.

La función de la bomba de aceite es bombear en el motor aceite frío que se va distribuyendo a través de numerosas galerías dentro de las piezas de fundición que forma el bloque motor. Como veremos posteriormente también hay otra red de galerías para la circulación del agua, pero lo veremos luego. El aceite está circulando constantemente y va enfriado las piezas claves, eso sí, haciendo su función principal que es la de actuar como lubricante. Hay determinadas partes del motor donde el aceite, en condiciones normales tiene difícil acceso. Para esas zonas se utilizan métodos especiales. Por ejemplo se pulveriza aceite a presión bajo las coronas de pistón solo y exclusivamente para ayudar a enfriarlo. En este caso la lubricación no es el papel principal. Esta refrigeración de los pistones no es propia solo de la F1. Los motores de combustión interna y especialmente los motores diesel también utilizan un inyector de chorro pulverizado de aceite y los sitúa en cada uno de los cilindros del motor.

Una vez que el aceite ha completado es el trabajo de refrigeración / lubricación de las piezas en movimiento es necesario que drenen para volver a ser utilizado. Antes de ser reutilizado tiene que volver a tener una serie de características que han perdido en su tránsito dentro del motor. Por un lado, se han mezclado con el aire que hay dentro y se han originado burbujas. Por otro lado, el continuo roce interno hace que se vayan desgastando los materiales y  dejan impurezas metálicas en el aceite que habrá que filtrar para evitar que puedan obstruir alguna válvula y por último ha ganado temperatura que debe de ser reducida para evitar el sobrecalentamiento y ganar capacidad de refrigeración. Estos factores hacen necesario que el aceite tenga que ser de nuevo  desaireado y enfriado antes de ser filtrado para iniciar el ciclo.
Por tanto el aceite va cayendo al fondo del motor donde hay unas ranuras en la bandeja del sumidero donde se sitúa un colector que lo recogerá. Mediante unas bombas de barrido situadas a lo largo del lado derecho del motor que son  movidas por un engranaje sin fin que viene de la parte delantera del cigüeñal, van extrayendo el aceite de la base del carter.

 

Tren alternativo y carter.

Esta configuración es común a los coches de carreras y es conocido como un sumidero seco o carter seco. Este sistema, literalmente, mantiene el carter del motor seco y las acumulaciones de aceite son muy pequeñas, lo que da una ventaja adicional, reducir el centro de gravedad del motor y reducir su peso en vacío, evitando la resistencia que pueda ocasionar  el aceite en el movimiento del eje del cigüeñal al gira, liberándose por tanto más potencia. Hay que tener en cuenta un aspecto importante, no es posible crear motores que giren a tan altas revoluciones con un sistema de carter húmedo, el  utilizado por los coches de calle.

Así pues, el ciclo completo es el siguiente: el aceite se bombea a altas presiones, a continuación, después de circular por las piezas móviles es dirigido al carter del motor. A medida que se va almacenando en el fondo es extraído del interior por una o más bombas para depositarse en un depósito externo, siendo filtrado antes de llegar a él.
Recirculación de aceite
Una vez recogido por la bomba de recuperación, el aceite está a una temperatura de unos 90º C y lleno de burbujas de aire. Estas burbujas se dirigen directamente a la parte superior del depósito de aceite montado entre el motor y monocasco. Es importante eliminarlas ya que el aceite pierde eficacia tanto en la lubricación como de refrigeración.

El aceite se bombea en el tanque desde la parte superior por dos motivos diferentes, por una lado eliminar las burbujas de aire, introduciendo el líquido de forma tangente a la pared del depósito para crear un pequeño remolino superior facilitando la reducción  del aire ya que las burbujas siempre estarán próximas a la superficie  y por otro lado  permitir que el aceite empiece a enfriar. Como sabemos, tanto los líquidos como los gases tienden a subir cuando están calientes y a bajar cuando se enfrían. Por este procedimiento tan simple el aceite más frío precipitará a la parte inferior del depósito y en ese punto se tomará para continuar su viaje.
Los depósitos tienen una estructura más compleja de lo que parece. Cuentan con un orificio de ventilación, otro de purga y su propio sensor de temperatura y cuenta con una estructura interna formada por celdas que eviten que el aceite sea batido por los continuos movimientos del coche.

El ciclo se completa cuando sale el aceite  del tanque para dirigirse al radiador. Después del enfriado el líquido pasa a las tuberías que lo conducen a la bomba de aceite  que se encarga de iniciar el ciclo. Esta bomba  está montada en el lateral del motor y suministra una tasa de flujo de alrededor de 4-5bar. Todo el sistema sólo puede contener un 4-5 litros de aceite. Como el aceite se encuentra normalmente a temperaturas mucho más elevadas que el agua (en torno a los 150°C), resulta que esta diferencia con la temperatura ambiente triplica el rendimiento, permitiendo una menor superficie en los radiadores.
La temperatura óptima del aceite ronda los 100º, lo suficientemente caliente para mantenerse diluido para mejorar la lubricación. Eliminar 50ºC del interior del motor es muy importante para la integridad del mismo.

Bien, una vez repasada la primera parte y antes de iniciar la segunda  sería conveniente enseñaros los elementos que forman la parte superior del motor y así comprenderéis  mejor por dónde circula el liquido refrigerante.  Para ello os mostraré esta imagen donde se pueden ver localizar todos los elementos que forman un motor de combustión interna.

Todas las piezas son importantes pero vamos a centrar la mirada en dos, el bloque motor  y la culata.

El bloque del motor es la pieza más grande y compleja en cuanto a su fabricación de todas las que conforman el motor. Es un solo bloque de hierro o aluminio fundido  y tiene como función alojar el tren alternativo,  las bielas, los pistones y el cigüeñal que también le da puntos de apoyo. Como sabéis el cilindro es el recinto por donde se desplaza un pistón. Su diámetro, junto con la carrera del pistón, determina la cilindrada del motor.
En la mayoría de los motores, el cilindro tiene una doble envoltura, la "camisa" que es otro tubo cilíndrico colocado en el bloque del motor y tiene como finalidad facilitar la circulación de agua alrededor del cilindro y poder enfriarlo.
El bloque tiene conexiones y aperturas a través de las cuales varios dispositivos adicionales son controlados a través de la rotación del cigüeñal, como puede ser la bomba de agua, la pieza que hoy nos interesa, bomba de combustible, aceite y distribuidor (en los vehículos que los poseen).

Para cerrar las cámaras de combustión es necesaria la culata o tapa del bloque de cilindros. Es la parte superior de un motor de combustión interna. Esta Pieza contiene las válvulas y el tren de balancines que las accionan para permitir la entrada y salida de gases a la cámara de combustión y en consecuencia también los orificios o lumbreras de conducción de dichos gases. La culata es una pieza fabricada en un solo bloque de fundición en hierro, aluminio o de alguna aleación ligera también y se une al bloque motor mediante tornillos y una junta, la famosa junta de culata. Su interior es hueco para facilitar la circulación del agua  y se construye con estos elementos porque el sistema de enfriamiento debe ser rápido ya que es la pieza que mayor temperatura alcanza.

Bien, una vez que tenemos claros todos estos conceptos, el resto es pan comido.

REFRIGERACIÓN POR AGUA.

Este sistema es el encargado de enfriar el bloque motor y la parte superior del motor. Consiste en un circuito de agua (líquido refrigerante)  que pasa por el interior del bloque y culata, en contacto directo con las paredes de las camisas y cámaras de combustión del motor para  absorber el calor radiado y poder refrigerarlo. Como hemos visto estas piezas se diseñan y fabrican huecas, de forma que el líquido refrigerante pueda circular bien por ellas.

Una vez que el agua está caliente hay que extraerla del motor para mandarla a los radiadores. De eso se encarga la bomba de agua. Este es el sistema más utilizado desde hace muchos años, ofrece una refrigeración más eficaz con un volumen de agua menor, ya que, debido a las grandes revoluciones que alcanzan hoy día los motores, necesitan una evacuación más rápida de calor, lo cual se consigue forzando la circulación de agua por el interior de los mismos.
Este sistema tiene una bomba centrífuga intercalada en el circuito de refrigeración que es accionada por el propio motor. La bomba centrífuga activa la circulación del agua en su recorrido con una velocidad proporcional a la marcha del motor.
Un ciclo completo sería el siguiente. La bomba aspira el agua refrigerada de la parte baja del radiador y la impulsa al interior del bloque a través de los huecos que rodean las camisas y cámaras de combustión. El refrigerante sale por la parte superior de la culata y se dirige otra vez al radiador por su parte alta, donde es enfriada nuevamente a su paso por los paneles de refrigeración para volver a iniciar el ciclo.
En un F1, el agua se mantiene en el circuito a una temperatura de 110 a 120 ºC, con una diferencia entre la entrada y la salida de 15 ºC, controlada por medio de una válvula de paso (termostato) que mantiene la temperatura ideal de funcionamiento sin grandes cambios bruscos en el interior de los cilindros, que podría dar lugar a dilataciones y contracciones de los materiales.

Bueno amigos, aquí lo dejo. Os debía una rectificación en toda regla y aquí la tenéis. Como vemos el sistema en si no es “demasiado” complejo pero tiene una importancia vital. Este artículo junto al dedicado a los radiadores creo que será suficiente para comprender bastante bien como funciona la refrigeración de un F1. Eso he intentado esperando haberlo conseguido, pero eso será otra historia.

Como siempre, recordaros que hay creadas dos cuentas abiertas en Facebook como en Twitter donde iremos colgando los nuevos artículos y os animo a  uniros a ellas para comentar, preguntar o lo que queráis. Saludos

EL INTERCAMBIADOR DE FERRARI

De los misterios de la refrigeración al intercambiador de Ferrari

Uno de los elementos que más llamó la atención desde que vio la luz el F14T fue el reducido tamaño de sus pontones de refrigeración. Se empezó a especular sobre las causas. Al principio se especuló que podía ser debido a que su unidad de potencia necesitaba menos recursos en ese sentido al ser más eficiente aunque posteriormente se descubrió que Ferrari estaba utilizando un "revolucionario" sistema de refrigeración, los intercambiadores. En siguiente artículo publicado en Car And Driver The F1.com hago un repaso general a todos los sistemas de refrigeración usados en la F1 y entro a analizar que tiene de especial dicha pieza. Espero os guste, pero eso será otra historia.

Recordaros que hay creadas dos cuentas abiertas en Facebook como en Twitter donde iremos colgando los nuevos artículos y os animo a  uniros a ellas para comentar, preguntar o lo que queráis. Saludos

ARRANCAN LOS TEST DE BAHREIN

 

Bueno amigos, ya llevábamos mucho tiempo de parón y eso es malo para el perfecto funcionamiento de las neuronas de todos los amantes de la F1. Vuelve la acción. Mañana se inician los segundos test invernales y en esta ocasión dejamos el acogedor clima de mi querida tierra andaluza para dirigirse al cálido y abrasador desierto del emirato de Bahrein. Mucha fue la presión que dio Pirelli para que se cambiara la ubicación de los test. 

Normalmente solía ser Barcelona el encargado de acogerlas pero después del ridículo realizado por el suministrador único de neumáticos la pasada temporada y la pasta gansa que habrán tenido que acoquinar estos jeques para poder rentabilizar el circuito y de paso birlarle la cartera a todo aquél incauto que se atreva a ir al emirato, la FIA a claudicado y les ha mandado a todos a tomar el solecito de lo lindo en medio de ninguna parte. Esperemos que salga bien la apuesta de la FIA. Nadie pondrá en duda que en esta pista encontrarán temperaturas más parecidas a las que luego se vivirán en las carreras del mundial, algo que no sucedía en el trazado de Montmeló pero no todo es oro lo que reluce. Como el viento haga acto de presencia, algo que no es de extrañar, de esta salen mal parado más de uno y si no que se lo pregunten a los chicos de Ferrari cuando hace algunos años decidieron irse al emirato, les pillo una tormenta de arena y no pudieron rodar nada.
En el trazado de Sakhir estarán por fin todas las escuderías, que tratarán de dar un paso más en la puesta a punto de sus monoplazas para llegar en las mejores condiciones posibles a la primera cita del calendario de F1 2014, el Gran Premio de Australia, del 14 al 16 de marzo en el circuito Albert Park, en Melbourne.
Será unos test muy interesantes y servirán para poder solventar algunas dudas.  Entramos en una de las fases más importante de la pretemporada, ya que si en los primeros test todos suelen centrarse en la puesta en marcha y en los ensayos mecánicos de los monoplazas, acumulando kilómetros para que surjan las posibles taras y poder pulir los posibles y siempre molestos problemas de fiabilidad, en esta segunda etapa es donde se calibra el auténtico potencial de los coches.
En esta ocasión encontraremos tres bandos bien diferenciados en estos entrenos. Por un lado todos los equipos que hicieron bien los deberes en el trazado jerezano y entrarán en la segunda fase de desarrollo de sus coches. En este bando tenemos a Mercedes, McLaren y Ferrari que dedicarán con toda seguridad mucho tiempo en pista para ir mejorando las prestaciones del coche una vez que han comprobado que la fiabilidad está bastante conseguida. En una situación intermedia encontramos a Williams, Force India  que no terminaron de brillar en ese aspecto pero que realizaron un rodaje bastante aceptable y por último tenemos al resto, que en mayor o menos medida se encuentran aún en la primera fase.
Es lógico pensar que están en desventaja. Red Bull es el peor parado de todos. La situación es delicada y no puede compararse con ninguna que hayan vivido anteriormente.  Es verdad que en el 2010 no llevaron su máquina a los primeros test pero era algo que se podía considerar normal. En aquella ocasión fueron los jóvenes pilotos los encargados de hacerlos rodar. Otro factor en contra es que, si en 2010 el coche podía ir con retraso como ha sido el caso de Lotus este año, en esta ocasión si estaba completado y han sido los fallos de diseño los que han conducido a la situación actual del equipo junto a los problemas de Renault. Será una oportunidad para comprobar si los galos han resuelto los problemas de propulsor que afectaron a tres de sus clientes.
  

 El circuito de Sahkir será un banco de pruebas para comprobar cómo se comportan los nuevos neumáticos de Pirelli y los nuevo motores V6 Turbo sometidos a altas temperaturas. Con 5.412 metros de recorrido, Sakhir es un trazado que a diferencia de Montmeló pertenece a la nueva generación de engendros diseñados por el alemán Hermann Tilke. Presenta un asfalto con elevado grip, uniforme y con buena temperatura, que salvo que la arena del desierto haga acto de presencia como comenté antes, permitirá a Pirelli probar adecuadamente su gama de compuestos para 2014 con la intención de evitar el esperpento vivido hace un año. La pista estará muy sucia y costará dios y ayuda limpiarla. Por tanto, los tiempos marcados el primer día no serán representativos de la calidad de cada coche. Hasta que no pasen un par de día no se limpiará lo suficiente como para poder rodar en condiciones óptimas.
En cuanto a Ferrari, que tuvo buenas sensaciones en Jerez, el españolFernando Alonso será el primero en trabajar con el nuevo  F14T. Su compañero, el finlandés Kimi Raikkonen, lo hará el viernes y el sábado.
Una vez concluya estos entrenamientos, las escuderías volverán a tener cuatro días de ensayos del 27 de febrero al 2 de marzo. Serán las últimas jornadas de pruebas antes del comienzo del campeonato. Veremos como evolucionan los coches y qué novedades se van viendo en los mismos, pero eso será otra historia.

Tests de Bahrein 2014: calendario de pilotos

		Miércoles 19		Jueves 20		Viernes 21		Sábado 22
Red Bull		Vettel		Vettel		Ricciardo		Ricciardo
Mercedes		Hamilton		Rosberg		Hamilton		Rosberg
Ferrari		Alonso		Alonso		Räikkönen		Räikkönen
Lotus		Grosjean		Grosjean		Maldonado		Maldonado
McLaren		Magnussen		Magnussen		Button		Button
Force India		Hulkenberg		Hulkenberg		Pérez		Pérez
Sauber		Sin confirmar		Sin confirmar		Sin confirmar		Sin confirmar
Toro Rosso		Kvyat		Vergne		Kvyat		Vergne
Williams		Sin confirmar		Sin confirmar		Sin confirmar		Sin confirmar
Marussia		Bianchi		Chilton		Chilton		Bianchi
Caterham		Frinjs		Kobayashi		Ericsson		Kobayashi

¿CÓMO SERÁN LAS ESTRATEGIAS EN LA F1?

Si hace unos días pude moverme en terrenos escabrosos cuando hablé sobre la política de diseños de los suministradores de motores hoy, ciertamente puedo meterme en un lío mucho peor intentando imaginar cómo serán las estrategias a partir de ahora en la F1, pero soy masoquista por naturaleza y como dicen en mi tierra  ¡me gusta meterme en estos fregaos! 
Cuando analicé la forma en la que Mercedes ideó su motor para que administrara su pico de potencia rondando las 12.000 rpm no estaba muy descaminado y han surgido diversas fuentes han optado por el mismo razonamiento. Era lógico pensar que si no es posible administrar un mayor flujo de gasolina al motor no tenía sentido alcanzar un régimen de revoluciones  más alto salvo que se quiera malgastar el preciado carburante y no está la cosa para eso ni mucho menos, salvo que algún safety car entre pista y se tenga que descargar de peso al coche. Es irónico pensar que hasta hace bien poco un motor de F1 pudiera girar a 20.000 rpm sin “problemas” y ahora te salgan diciendo que cundo pasen de 14.000 hay “riesgo” de rotura.
Viendo este panorama no vendría mal meditar cuál será el comportamiento de los diferentes estrategas a la hora de programar una carrera. Como hemos visto, un depósito de 100kg tiene que ser suficiente para toda la carrera y con el suministró máximo al motor no les permitirá llegar al final. ¿Qué harán? A eso me refería cuando me refería a meterme en líos pero voy a ser valiente y veremos por donde salen los tiros.
Bien, antes de nada será conveniente diferenciar las dos partes fundamentales en las que se componen un Gran Premio, por un lado la calificación y por otro, la más interesante, la carrera. Vamos con la primera.

Calificación.
A primera vista, esta sería la fase en la que cabría pensar que los equipos pueden encontrarse con menos problemas pero no, nada más lejos de la realidad. Veamos.
Como dije en el anterior artículo, los pilotos perderán capacidad de exprimir el motor todo lo deseado debido a la bajada del pico máximo de potencia de sus motores en alas de obtener un mejor rendimiento del consumo-potencia en carrera. Esta historia ira por barrios. No sabemos cuán alto han puesto el tope cada motorista. Aquél que consiga alcanzar un extra de potencia sin castigar el consumo podrá tener algún caballito más en la calificación, le puede aupar en la parrilla. Recordar que en esta fase todos optarán por utilizar el máximo caudal de alimentación del motor ya que, como en otros años, las vueltas de calificación se realizan con poca gasolina y en carrera parten de cero.
Pero con los cambios introducidos este año, los pilotos no solo pisarán el acelerador a tope y listo. No, hay muchas cosas más detrás. Para poder verlo más claro será mejor ver como sería una vuelta estándar.

Una vuelta estándar
El piloto sale de la última curva  y emprende la recta de  meta pisando el acelerador a fondo. El motor de combustión interna empieza a utilizar sus reservas de combustible como es normal. Gracias a los gases generados por la combustión se hace girar dos elementos. Por un lado el turbocompresor que tiene como función comprimir el aire que tiene que entrar en la cámara de combustión. Por otro lado está la MGU-H. Este motor-generador  está situado junto al turbo y en esta fase actúa como un generador para  recuperará parte de la energía de los gases de escape. Este dispositivo es el encargado de suministrar gran parte de la energía al sistema ya que normalmente los F1 permanecen más tiempo en fase de aceleración que en frenada. ¿Que se hace con esa energía creada? Pues dirigirla a dos puntos dependiendo de las necesidades, bien a una batería en caso de que necesita recargarse o al motor del ERS-k (el MGU-K) para convertirla en movimiento. El motorMGU-K está conectado al cigüeñal de la unidad de potencia, y actuará como un motor. 
Os dejo un esquema del sistema ERS para aclararos donde está cada nombre raro de antes, jeje.

Dependiendo de la estrategia que usen los equipos, la centralitaelectrónica (ECU) actuará  usando un mapa motor y una gestión del ERS según el  programa establecido cuando no se quiera almacenar la energía en la batería y se decida enviarla para crear movimiento.  La entrega de la energía adicional recibida se puede hacer normalmente de dos formas:
1º- Para que el coche siga acelerando. El MGU-K  dará el máximo para unir sus fuerzas al motor para seguir acelerando el coche. En este caso, tendrán que optar por usar un mapa motor para obtener también todas las prestaciones que del motor para que gire al máximo de potencia  sin guardar nada.
2º- Para que se pueda  ahorrar combustible. En este caso, la potencia del MGU-K será máxima pero se optará por mapas motor  para ahorrar carburante, bajando caudal y revoluciones. La falta de potencia del motor se compensa con el ERS.
En el caso que nos ocupa, el de una vuelta de calificación siempre se optará por la primera opción, el coche debe seguir acelerando. Esto es fundamental, es una de las claves importantes a tener en cuenta luego cuando veamos sus consecuencias.
Al final de la recta el conductor levanta el pie para frenar al llegar a una curva. En este punto la MGU-K se convierte en un generador y recupera la energía disipada en el frenado, que se almacena en la batería. En este caso no hay opción de que pueda ser usada para acelerar el coche.
Al frenar, las revoluciones del motor bajan y la velocidad de rotación del turbo disminuye debido a la falta de energía en los gases de escape, es decir, se genera menor volumen de gases que hagan girar al turbo. Esta es una de las fases más delicadas de estos dispositivos y sucede tanto en la F1 como en los coches de calle, la maldición del motor turbo lag.Se conoce como "turbo-lag" o retraso de respuesta del turbo al tiempo que transcurre desde que se pisa el acelerador hasta que empieza a ser efectivo el aumento de presión en la alimentación. Esto se produce porque, cuando los gases de escape tienen que vencer la inercia de la turbina desde parado o cuando gira a muy bajas vueltas, el funcionamiento del motor apenas se ve afectado por la presencia del turbo. Es decir, cuando la turbina gira con lentitud, el motor se comporta como si no llevara turbo, hasta que éste alcanza la velocidad de giro necesaria para comprimir el aire de admisión. Para evitar este retraso, la MGU-H actúa como un motor durante un tiempo muy corto. La función es acelerar  instantáneamente el turbo a su velocidad óptima, ofreciendo la perfecta capacidad de respuesta del motor y del conductor.
 
En el transcurso de la vuelta, no hace falta vigilará el equilibrio entre la recolección de energía, el despliegue de energía y el consumo de combustible. Quien quiera conseguir la pole tendrá que ir "a toda máquina". Los coches seguirán estando limitado por la restricción del flujo de combustible de 100kg / h. Por tanto, el conductor podrá utilizar el 100% del caudal de combustible permitido y todo el presupuesto energético que suministre la batería para su vuelta de calificación. Sin embargo, en caso de que optar por utilizar toda la energía en una sola vuelta, él no será capaz de completar dos vueltas cronometradas seguidas ya que no tendrá suficiente energía en las baterías para el siguiente giro. Recordáis, no se guarda, se consume en acelerar. En su lugar tiene que esperar hasta que el acumulador se recargue. Esto dará lugar a múltiples estrategias en algunas de las sesiones. Por tanto, en los circuitos más convencionales solo habrá tandas de uno, tres o más giros, dos no tiene mucho sentido y con lo caro que están los neumáticos este año, que ya están diciendo que muchos puede que ni salgan a disputar la Q3 para ahorrar compuesto, aumentarán las tandas de una sola vuelta lanzada.
Como siempre, nada en la vida es blanco o negro. A la hora de generar energía hay circuitos donde la balanza ERS-H & ERS-K se incline más a un lado que a otro. En Monza está claro que el ERS-H ganaría por mayoría  mientras que en Hungaroring se llevaría la palma el ERS-K y es factible que si puedan hacerse una tanda de dos giros.

Carrera
En carrera la cosa cambia. El inicio será muy similar a lo mencionado en calificación. El "impulso completo" puede ser sostenido durante una o dos vueltas para intentar remontar posiciones pero no se podrá mantener mucho más. Habrá que esperar a la tercera vuelta para iniciar de nuevo la batalla cuando se pueda activar el DRS. De ahí en adelante hay que vigilarde cerca este equilibrio entre la recolección de energía, el despliegue de energía y el consumo de combustible. Si siempre es necesario planificar la estrategia de carrera dependiendo de caga cita del calendario, este año es más importante aún. Veremos citas donde los coches tendrán que bajar mucho de rendimiento mientras que en otras no tanto. ¿Por qué? Muy sencillo. Con un ejemplo lo veréis fácilmente. Voy a citar dos carreras y solucionaré la duda. Por un lado tenemos Monza y por otro lado Spa. Para ver la diferencia solo hay que hacer operación matemática. ¿En que cita irán con un mayor régimen de consumo los motores? Se que todos diréis que Monza y es verdad pero la causa no es la que pensáis. Si el depósito de un F1 tiene 100Kg y el caudal máximo de alimentación del motor es de 100kg por hora, a pleno régimen en una hora te has quedado seco. Pues bien, ahora viene la solución ¿cuánto suele durar una carrera en Monza? Una hora y veinte minutos  aproximadamente. Por tanto, tenemos que ahorrar una cantidad de combustible X para los veinte minutos extras. Podrán exprimir el motor a 12.000rpm durante aproximadamente 45 minutos de carrera y el resto a 10.500rpm para ahorrar. Ahora vemos el segundo caso, Spa y pregunto ¿Cuánto dura el GP de Bélgica?  Casi siempre, próximo a las dos horas. Comprendéis ahora. En Spa, una pista tan rápida como es la italiana, los equipos tendrán que ahorrar el doble de gasolina que en Monza si quieren llegar al final y deberán bajar flujo, cambiar antes de 10.500 rpm y aprovechar toda la energía del ERS en cada centímetro de pista. Esta es la diferencia.

El uso de los dos tipos de energía necesita una gestión inteligente. Controlar el consumo de energía eléctrica será tan importante como la gestión del combustible. Los equipos programarán de gestión a la ECU que será la encargada de decidir cuándo y cuánto combustible puede sacar del tanque y cuándo usar-cargará la energía eléctrica tanto de los sistemas como de la batería ya que no siempre se usará para cargarse.
El objetivo general es gestionar todos los recursos para dar el mayor número de vueltas lo más rápido posible con una cantidad de energía dada. Obviamente, si se utiliza menos energía, el tiempo por vuelta será más lento. Eso en algunas fases de carrera está bien, lo que no estará bien será penalizar demasiado lo que indicaría una mala gestión de los recursos o un fallo en el diseño. Habrá fases donde haya que bajar forzosamente de régimen pero es algo que en mayor o menor medida tendrán que hacer todos para llegar al final. Este es un factor muy importante y los equipos han trabajado duro para intentar encontrar motores que consuman poco o sistemas ERS muy eficientes. Aquel que sea capaz de diseñar el conjunto ideal se llevará el gato al agua ya que podrá rodar a máximo régimen durante más tiempo y ganará carreras. No se puede caer en el error de pensar en la unidad de potencia como un elemento separado del resto del coche. Se puede tener un motor genial, que consuma menos que un mechero, con un ERS extraordinario pero si tienes un diseño aerodinámico malo que genere más resistencia que los rivales y estás perdido ya que dispararás el consumo.
Como resultado, habrá un complejo intercambio de energía pasando entre los componentes de la red del sistema, con distintos niveles de poder sobre una vuelta. Esto es completamente invisible para el conductor, ya que está todo controlado electrónicamente por los sistemas de control. El piloto podrá sentirlo, pero sin intervenir normalmente para que pueda concentrarse en la carrera. Como siempre el piloto será el encargado de accionar los diversos modos de gestión tocando algún botoncitos de esos tan monos que tiene en el volante, que le permitirá recibir todo el poder del sistema para los adelantamientos o para ahorrar combustible al estilo “multi 21”.Usando este modo dependerá naturalmente de la estrategia de carrera. En teoría se puede implementar tantas veces como quieras, pero si se utiliza más combustible o más energía eléctrica de la cuenta tendrán que ceder para poder recuperar el sistema como ocurría en calificación. 

En esa línea habla el director técnico de nuevas generaciones de unidades de potencia de Renault Naoki Tokunagacuando comenta “En la relación entre el combustible utilizado en función del tiempo por vuelta, hay una línea divisoria entre lo que es físicamente posible y lo imposible - la nombramos "frontera-tiempo mínimo por vuelta".
"Siempre queremos operar en esa frontera y estar lo más cercano a lo imposible que podamos. La estrategia está sujeta a sus propios límites, a saber, la capacidad de los componentes de la unidad de potencia y el Reglamento Técnico. La potencia de salida del motor está sujeta a sus propios límites, además, el poder MGU-K y la energía que la batería puede suministrar están restringidos por el reglamento. Es un problema complejo. Por tanto, la solución se determina por el modelado matemático y optimización - nosotros lo llamamos 'programación de la generación'.
Como vemos la gestión y estrategia de carrera cambiará mucho. Tendrá que ser más flexibles que en el pasado y la solución óptima variará mucho no solo de un circuito a otro, influirán otros factores como porcentaje de tiempo que se mantenga el caudal totalmente abierto, si hay curvas rápidas o lentas y la configuración aerodinámica del coche. En esencia, hasta ahora los fabricantes de motores competían por alcanzar niveles récord de potencia, pero ahora eso ha cambiado y competirán por  encontrar una gestión más  inteligente de la energía. Nos gustará más o menos pero es lo que hay. Quien quiera apretar mucho al principio estará condenado a ceder terreno al final. La opción más segura será la siguiente, ataque, ahorro, ataque para una carrera estándar dependiendo de las opciones de cada uno. Si te ves relegado detrás de un coche o has calificado mal habrá que intercambiar la opción de ahorro a la primera fase de carrera. A mi personalmente me resulta muy interesante. Es un gran reto  y una buena manera de encaminar esta competición mirando al futuro. Con el paso del tiempo todo se irá normalizando como sucedió con el KERS. Los equipos alcanzarán unos niveles de perfeccionamiento tales que no generarán diferencias entre ellos. Lo que está claro es que, a día de hoy es una de las armas más potentes para conducir un diseño a la gloria. Veremos quién se lleva la palma, pero eso será otra historia. 

Por cierto, seguramente se me hayan pasado veinte mil cosas y os agradecería que me las comentarais para mejorar el artículo. Ya sabéis, espero vuestros comentarios como siempre en el blog y si queréis con la ayuda del amigo Otto hemos creado una nueva vía de contacto y comunicación de todos los amigos del  blog. Hay creadas dos cuentas abiertas en Facebook como en Twitter donde iremos colgando los nuevos artículos y os animo a  uniros a ellas para comentar, preguntar o lo que queráis pero eso sí, siempre dentro de unos valores altos de respeto y educación que seguimos en este blog y no seáis malos mira que me enfado y os castigo sin artículos, ¡eh!, jeje  


Fuente Racecar Engineering Técnica Ángeles en la cabeza Vimeo

EL COMBUSTIBLE EN LA F1

En el artículo anterior me centré en explicar algunos de los factores que influían a la hora de buscar la eficiencia de un F1. En él hablé de puntillas sobre el combustible y me pareció una buena idea dedicarle un tiempo en analizar la gasolina que utilizan estas máquinas. Me puse manos a la obra y me encontré dos  artículo que mezclados realizan una buena revisión sobre este elemento. El resultado sería el siguiente:

El combustible en la Fórmula 1

Antes de 1989, el Reglamento Técnico de la Fórmula 1 permitía utilizar cualquier tipo de combustibles, así que los proveedores tenían libertad para mezclar sustancias químicas capaces de generar detonaciones desmedidas. Algunas combinaciones eran tan osadas que incluían carburantes de avión, reactores y cohetes. En varias sesiones clasificatorias, algunos motores Honda RA167E de 6 cilindros y BMW M12/13 de 4 cilindros llegaron a utilizar fusiones químicas tan poderosas que, tras culminar las tandas, fueron desarmados y depurados de inmediato para evitar su destrucción. El carburante resultaba tan abrasivo que literalmente deshacía los elementos internos del motor. Sin duda, fue una época inolvidable ya que se podía observar a un propulsor de 1500 cc generar más de 1200 Hp, girar a más de 18000 rpm e impulsar un monoplaza a más de 330 kph.
Sin embargo, los vapores producto de la combustión, resultaban muy tóxicos tanto para quienes manipulaban las mezclas como para los espectadores. Así que en 1989, y una vez eliminado el sistema turbo, la FIA también decidió reglamentar el carburante. Desde esa temporada, y hasta nuestros días, la gasolina utilizada en la Fórmula 1 ha experimentado una serie de modificaciones para cumplir con las normativas sobre la emisión de gases contaminantes. De allí que el combustible empleado en la Fórmula 1 y el comercial mantengan una semejanza de aproximadamente un 99% en su composición química. Pero ese 1% restante resulta tan trascendente como una gota de cianuro en una cazuela de consomé.
El combustible para uso “civil”, la gasolina súper sin plomo hasta 102 octanos, se diseña y produce para que funcione en un extenso rango de motores. Coches japoneses, americanos, alemanes, chinos, de años remotos o recientes, 4 cilindros, 8 cilindros, de 1200 cc o de 7000 cc, utilitarios, camiones, en fin; toda la gama de vehículos puede abastecerse en cualquier estación de servicio y seguir funcionando correctamente. Sin embargo, un motor de Fórmula 1 ni siquiera encendería con gasolina comercial, a pesar de la semejanza del 99% con respecto al carburante que se utiliza en la máxima categoría.
Por su parte un coche de calle si podría funcionar con gasolina de Fórmula 1, haciendo la salvedad de que por un tiempo muy limitado, tal vez escasos minutos, ya que en ese 1%, la “gran” diferencia entre una y otra gasolina, se halla el principal responsable del estallido, de la reacción química que genera las casi 19000 revoluciones por minuto, cifra que un propulsor convencional es incapaz de soportar porque no está fabricado para ello. De esta forma, los proveedores de la Fórmula 1, a partir de los mismos elementos presentes en la gasolina comercial, elaboran un producto totalmente diferente.



Un motor de un Fórmula 1 es un V8 aspirado de hasta 2500 cc y muchos coches de calle poseen motores V8 aspirados que van desde los 3500 cc hasta los 6000 cc y sin embargo resultan incompatibles por el tipo de gasolina que deben utilizar. El combustible de la Fórmula 1 no contiene los aditivos químicos responsables de la adaptación al uso diario que sí se le exigen a la gasolina convencional. De allí que un V8 de Fórmula 1 tenga una vida útil de aproximadamente unos 1600 kilómetros con respecto a la longevidad de los V8 comerciales.

Cómo es la gasolina de un Formula 1

Los coches de Formula 1 en la actualidad usan como combustible Gasolina. Como he comentado, esta lleva prácticamente los mismos componentes que la gasolina que le echamos a nuestros coches de calle. La diferencia se encuentra en la proporción de los mismos.

Como vemos en la imagen una gasolina es una mezcla de diferentes hidrocarburos. En ella también podemos apreciar una comparativa aproximada entre la gasolina de nuestro coche de calle y la de un Formula 1. La gasolina está formada por hidrocarburos parafínicos de aspecto ceroso e inodoro (no tiene olor), aromáticos que desprenden olor como el benceno y el tolueno, naftalénicos con propiedades lubricantes, etc…

Además se le añaden aditivos orientados a mejorar las propiedades de la mezcla para evitar corrosión de las partes metálicas del motor que quedan expuestas a la misma, para mejorar el índice de octano, para mejorar el consumo, etc.

El índice de octano de una gasolina es el poder antidetonante de la misma. En los motores de combustión interna, como los de nuestros coches de calle o como el de un Formula 1, se puede producir un fenómeno conocido como detonación que hace que la mezcla aire combustible se auto-inflame espontáneamente antes de que sea alcanzada por el frente de llama que avanza por la cámara de combustión una vez que ha saltado la chispa en la bujía, provocando entonces choques de los varios frentes de llama, que hacen perder rendimiento al motor e incluso podrían llegar a dañarlo. Por tanto un índice de octano alto hace que la posibilidad de que se presente este fenómeno disminuya.

También es de resaltar que la gasolina de Fórmula 1 se elabora para un motor en específico, su uso en otro propulsor sobrellevaría a un comportamiento anormal. El Ferrari 056 alimentado por el carburante Total, diseñado exclusivamente para el Renault RS27, rendirá muy por debajo de las prestaciones que alcanza utilizando el Shell. Caso particular sucede con el Mercedes FO108F que impulsa a los Mercedes AMG y a los McLaren ya que mientras en la casa matriz utilizan gasolina de Petronas, en McLaren emplean la de Mobil 1. Mercedes Benz suministra a sus clientes las proporciones ideales para extraer el máximo rendimiento del propulsor, quedando en manos de los laboratorios de las petroleras experimentar con las sustancias, los procesos y los agregados que marcan la diferencia entre sus productos.

Aquel proveedor cuya gasolina sea más ligera, rinda una mayor distancia sin sacrificar la potencia; y su consumo sea menor que los de la competencia, habrá ganado la batalla. En tal sentido, las empresas de carburante jamás revelarán lo que esconden en ese 1%, pero es evidente que operan en el campo molecular de los más volátiles elementos químicos.
Por su parte, el actual reglamento de la Fórmula 1 exige que la gasolina sea revisada durante todo el fin de semana de un Gran Premio. Es por ello que cada proveedor debe, antes de las primeras prácticas libres, llevar una muestra de gasolina ante la Comisión Técnica de la FIA presente en el circuito. Allí se le asignará a la muestra una huella química que deberá coincidir en todas las evaluaciones que se realicen antes y después de la carrera. Solo la gasolina aprobada por la FIA puede ser suministrada a los equipos. Las constantes evaluaciones se efectúan para garantizar el correcto porcentaje de compuestos químicos, densidad, conductividad y además para cerciorarse que no esté presente en la mezcla alguna sustancia  antidetonante que pueda otorgar una ventaja ilegal.



Cada proveedor lleva su propio remolque laboratorio, el cual va adjunto a las estructuras de sus clientes, pero el combustible se traslada sellado en contenedores especiales para evitar contaminarse. Es decir, la gasolina viaja en barriles precintados que solo se abren para iniciar los procesos de mezclado y preparación del combustible para todo el fin de semana de un Gran Premio. El proceso es dinámico, de allí que las mezclas no suelen ser iguales de una carrera a otra. En circuitos lentos el combustible es menos detonante para preservar la vida útil del motor, en tanto en pistas rápidas se suele experimentar con los elementos químicos más singulares, las técnicas y el refinado para así obtener el más ligero, volátil y eficiente combustible entre todos.



 Bueno, bastante completo ahora. Hasta aquí los artículos. Por cierto, una historia. Cuando la FIA cambió la normativa sobre gasolinas y obligó que la F1 utilizara el mismo combustible que las gasolineras, las mentes pensantes de este mundo encontraron la manera de sortear la norma. Si yo utilizo gasolina comercial perderé prestaciones y como quién hace la ley hace la trampa ¿Qué hacer? Pues dispensar la gasolina que yo utilizo en gasolineras. El precio es desorbitado en comparación con la comercial. La FIA determina que debe de haber un número determinado de gasolineras que la tienen que suministra y como ese número es muy bajo, merece la pena hacerlo. Así, en el mundo hay gasolineras en Australia o en la Conchinchina  que la vende y así todo está dentro de la norma. Listos, !eh!
Así, no es de extrañar estas cosas que se ven en la red: Shell afirma que los combustibles avanzados que utiliza el equipo Ferrari de Fórmula 1 no ofrecen ninguna ventaja de rendimiento sobre cualquier gasolina que te encuentres en su estación de servicio.
En otras palabras, Shell está tratando de decirte que el combustible que te vende en sus gasolineras es tan avanzado como el combustible utilizado en el escalón más alto del deporte del motor.
¿Cómo demostró eso? De la mano de Fernando Alonso, que condujo su Ferrari 2011 en el circuito italiano de Fiorano. Dio varias vueltas con el combustible que usan en los Grandes Premios y luego con el combustible Shell, con regular calidad material. Las comparaciones son odiosas, pero parece que Shelll estaba en lo cierto, no existe gran diferencia de rendimiento entre ambos.
En este vídeo puedes ver cómo Fernando Alonso comparó los dos combustibles:

Entendéis ahora.
PD: Una noticia que está relacionada con este asunto. Por fin se ha solucionado el problema con el sensores de combustible. A mediados de octubre salieron a la luz los problemas que estaban sufriendo los equipos con los nuevos sensores que calibrarán el flujo de gasolina que tendrán los nuevos V6 Turbo en la temporada 2014.
Tras las primeras pruebas en los Test de Jóvenes Pilotos en Silverstone, se observó que la desviación máxima permitida del 0.5% del ratio de combustible especificado era en realidad de 1,5%.
Sin embargo, según la propia empresa Gill Sensors, han logrado subsanar el problema y ya han recibido la aprobación final de la FIA en lo relacionado con sus dispositivos tanto para el Mundial de Resistencia 2014 (WEC) como para el Campeonato Mundial de F1. Funcionarán de verdad, lo veremos, pero eso será otra historia.
Fuentes:  Motorpasionf1 Que-formula1

BUSCANDO LA EFICIENCIA: EL CONSUMO

 

A falta de noticias y dejando a un lado toda la vorágine en la que se convierte los rumores sobre cuál será la forma que presentarán los nuevos coches, en la no voy a entrar ya que me parece una perdida de tiempo y sobre todo, una buena manera de llenar páginas para mantener al personal entretenido, quiero dedicar mi  esfuerzo en algo que sea realmente interesante y representativo de lo que nos encontraremos dentro de nada.

De la importante revisión que la FIA ha dado a normativa 2014 hay algunos aspectos que resaltan más que otras y realmente poco se habla de ellas. Los apasionados de la técnica solemos tener un defecto y es centrar mucho la mirada en los aspectos aerodinámicos dejando a un lado los apartados mecánicos en un segundo plano. La verdad es que en parte tenemos una buena escusa. El secretismo y la dificultad de descubrir elementos situados debajo de la carrocería hacen que destaquemos todo lo visible pero los dos elementos hacen un solo conjunto. Podremos estar horas discutiendo cuál será la mejor solución para el morro del coche que lo haga muy veloz pero de poco servirá si tenemos en nuestras manos un coche poco eficiente en el aspecto mecánico.
Dada la excelencia aerodinámica de los últimos años entramos en una nueva perspectiva donde los motores pueden tener un nuevo valor  diferenciador. Volveremos a cometer el mismo error si solo nos centramos en hablar de potencia de los nuevos propulsores en términos generales. Las nuevas normas inyectan cierta incertidumbre muy necesaria en un deporte en el que los resultados de los últimos años se han convertido en demasiado familiares, pero sería un error suponer que significará automáticamente el fin de la hegemonía de Red Bull.
Si hay que encontrar un aspecto en toda la normativa que diferenciará a los buenos del resto será la eficiencia. Esa es la clave para un buen diseño en el 2014. La eficiencia tiene muchos brazos y uno que ganará mucha importancia será el del consumo. Un equipo puede tener una máquina perfectamente trabajada en términos aerodinámicos y un supermotor que de, con diferencia, muchos caballos de potencia más que sus competidores y verse relegado a bajar sus prestaciones al consumir mucho combustible.  
Los que tengan buena memoria y algunos añitos ya recordarán  la década de 1980. En aquella época la FIA introdujo los límites de combustible en la F1 cuando se utilizaban los motores turbo. Las carreras fueron marcadas durante  los primeros años por aquellos coches que funcionaban con muy poca gasolina.
La obsesión por el bajo consumo nació veinte años antes. Ya en los años 60 con Colin Chapman, el genial creador de Lotus estaba obsesionado por hacer los coches lo más ligeros posible, entendiendo que el peso era el primer enemigo de las prestaciones. Cuanto más bajo sea el peso que tiene que arrastrar el coche, mejores prestaciones tendrá ya que el motor mueve más fácilmente una cantidad de masa menor. En la actualidad tiene la misma importancia pero al fijar la FIA el peso mínimo que tiene que alcanzar el conjunto coche-piloto se limita la carrera para reducir pesos. Los equipos lo siguen haciendo pero la función es otra, permitir a los ingenieros disponer la mayor cantidad de lastre para poder ubicarlo donde se quiera.

Una vez que la FIA  fijo el peso mínimo del coche entró en juego otro factor. La bajada de peso en aquellos años tenía dos consecuencias. Por un lado, la mencionada anteriormente pero por otro lado, si conseguías una importante disminución del peso podrías albergar mayor cantidad de combustible dentro del mínimo permitido. Eso era vital ya que permite exprimir más al motor al disponer de más gasolina para hacerlo. A mayor consumo, mejores prestaciones del motor, mayor velocidad. La FIA viendo lo que sucedía recurrió al truco de limitar la capacidad del depósito para evitar consumos escalofriantes. Como saltarse la norma, utilizando gasolinas sintéticas de alta densidad e incluso congelándolas antes de meterlas en los depósitos para que entrara  mayor cantidad. En los 90 se limitó el uso y solo podían usarse carburantes que se distribuyera comercialmente.

Nigel Mansell se desmayó en Detroit 84 al intentar empujar su Lotus.

La tecnología ha avanzado mucho durante estos años y el uso de combustible se puede medir con extrema precisión en estos días y los ingenieros sabrán desde la primera vuelta si pueden llegar a tener problemas con el consumo de combustible gracias a la telemetría y los potentes programas informáticos que realizan estos cálculos. A partir de ahora será habitual a partir de ahora, ver momentos en los que los pilotos tienen que bajar el ritmo, o bien para permitirles llegar al final como para atacar fuerte en las últimas vueltas gracias a que conservaron gasolina durante algún tramo de carrera,  pero es poco probable que llegar al punto de quedarse sin combustible, aunque algún que otro caso ve se dará. Este año varios pilotos perdieron sus cronos de calificación por dicho motivo y si eso se produce con pocas vueltas, en un Gp ni me lo imagino.
Los equipos estarán tratando de conseguir el mejor equilibrio entre el límite del flujo de combustible y capacidad de combustible para un rendimiento óptimo durante todo el Gran Premio.
Con la anterior regulación los monoplazas de F1 podían embarcar unos 160 kg. de combustible en cada carrera. Ahora la cosa se pone más drástica. El peso máximo será de solo 100kg, un ahorro considerable del 38% que por fuerza tiene que afectar al rendimiento del coche. Apoyarse en el ERS (hasta 160 CV durante 37" por vuelta) será vital, pero ya saben que trazados como Spa o Monza no podrán afrontarse a tope todo el tiempo al ser circuitos donde gran parte de la vuelta se hace pisando a fondo el acelerador para alcanzar el régimen máximo de giro, justo el punto donde se dispara el consumo.

¿Cómo reducir el consumo?
Hay muchos elementos que entran en juego a la hora de conseguir bajar el consumo de un F1, desde un simple lubricante hasta un buen diseño aerodinámico, pero algunos son difíciles de balancear ya que afecta directamente a las prestaciones del coche. De nuevo sale a relucir la palabra clave, eficiencia. Son muchos los ejemplos aponer pero me voy a centra en los dos principales, aerodinámica y transmisión.


Aerodinámica: Bien, para mí este es el factor más importante que afecta al consumo de un coche. El coeficiente de resistencia marca el punto de inflexión entre un buen o mal diseño aerodinámico. Un buen coeficiente (Cx bajo) reduce la resistencia al avance del coche y mejora el consumo considerablemente, pero un F1 no es un dechado de virtudes que digamos. La eficiencia aerodinámica no es buena en un coche de esta categoría. Las ruedas producen resistencia pero es para todos igual.  De todos es sabido que para mejorar las prestaciones de un F1 hay que trabajar cuidadosamente con todos los elementos que generen carga aerodinámica. Si quiero que el coche sea rápido en recta hay que quitarle carga, reduciendo la superficie de los alerones o dándole menor inclinación a los mismos (Cx bajo). Todo lo contrario si queremos ganar carga, mucho alerón o mucha inclinación (Cx alto). Pero aquí entra en juego el consumo.
Diseñar un coche que genere mucha carga añadiendo o inclinando más los flaps de sus alerones trae consigo un inconveniente, el aumento considerable de la resistencia aerodinámica (Drag) que es el principal responsable del aumento del consumo.  Así, tener un coche que te permita ir muy bien en curvas gracias a su carga te lastrará mucho en las rectas tanto en velocidad como en consumo debido al drag.
En contra, si tienes un coche que genere poca carga, te hará veloz en recta y tu consumo será más bueno pero perderá mucho tiempo en curvas rápidas o que necesiten tracción.
Quiero hacer un apunte aquí que creo que puede ser aclaratorio. Hay coches que por su diseño son capaces de generar carga sin la necesidad de añadir los elementos antes mencionados. El efecto suelo y el difusor son dos factores de gran importancia en este asunto ya que son los únicos que generan carga sin añadir drag. El RB9 llegó a tener  tan perfeccionado su difusor  que  no necesitaba de mucha ala en el alerón trasero para obtener una alta carga aerodinámica que traía consigo que sus pilotos pudieran  ir con la misma configuración muy rápido tanto en recta y como en curvas.  Este sería un buen ejemplo de eficiencia.
Por tanto, aquél equipo que sea capaz de depurar su aerodinámica tendrá un punto a su favor. Eliminar todo lo superfluo, pulir al máximo el diseño para conseguir el objetivo buscado, una alta carga sin aumentar el drag. casi nada.
Transmisión: El segundo factor importante. Aquí entran en liza varios elementos pero destacaremos dos, el motor y la caja de cambio.

1- Motor. La potencia de un motor de Fórmula 1 está ligado obligatoriamente al aumento/reducción del consumo. El ideal, todos lo conocemos pero no es fácil conseguirlo. En ambos casos, los ingenieros tratan de garantizar la mayor fluidez posible en el funcionamiento del motor. Las fricciones internas generadas por el movimiento de las piezas mecánicas absorben, cuando el coche está desarrollando su plena potencia, hasta el 40% de la energía mecánica que procede de la combustión del carburante. Las fricciones representan un derroche de energía que se intenta reducir adecuando las características del lubricante. Por tanto, un buen diseño y un buen sistema de lubricación permiten reducir las fricciones para aumentar el rendimiento del motor u disminuir el consumo.

Una forma de pulir defectos y aumentar las prestaciones será el trabajo de mapeado de motor. Será la única manera de obtener resultados y mejorar los fallos una vez que se presente el diseño definitivo del motor a la FIA antes de que se inicie el campeonato. Su interacción con el ERS será vital en ese sentido. Utilizar la energía acumulada en los puntos clave de cada pista ayudará a reducir el consumo de forma importante pero sobre todo, pobre de aquel que no disponga un sistema fiable de ERS, está condenado al fracaso.  

2- Caja de cambios. Poco tengo que decir ya después de los dos artículos dedicados a ella pero solo un apunte. Una perfecta relación de cambio ayudará a disminuir el consumo y para ello, la mayoría de los equipos apostarán por utilizar las ocho velocidades que les permite la normativa.
Bien, una vez visto algunas de las claves de los diseños para el 2014 por separado hay que unificarlos. Recordar, buscamos la eficiencia. Para ello los ingenieros pueden compensar posibles virtudes/defectos para intentar conseguir el ansiado premio. Os pongo un ejemplo.

Imaginaros que un motorista presenta un motor que tiene su mejor virtud el bajo consumo pero que en potencia se quedan más cortos que la competencia. Si yo fuera el director técnico me inclinaría por diseñar un chasis y una aerodinámica que tuviera un puntito más de carga que el resto. De esta forma, el excesivo drag lo compensaría con un menor consumo y encontraría la eficiencia. En contra, si el motor es muy potente pero largo en consumo sería un suicidio diseñar un coche de carga alta, estarías condenado a ahorrar sí o sí.
La frase "Somos pilotos de carreras de velocidad, no ahorradores de combustible" será una queja amarga que oiremos mucho durante algún tiempo, el que tarden los ingenieros de motores y aerodinamistas en contra el balance idóneo. Por el momento, nadie logra extraer la potencia deseada al motor si quiere cumplir con el consumo. Veremos cuánto dura, pero eso será otra historia.

SIMULADORES EN LA F1

Se inició por fin el 2014. Ya estamos en el nuevo año y parte más dura de estas fiestas se quedaron por fin atrás. Llega la hora de ponerse a trabajar y me ha parecido una buena idea investigar sobre los simuladores utilizados en la F1. Después de analizar unas declaraciones sobre ellos realizada por el presidente de Ferrari hace unos días me puse manos a la obra .

F1 simuladores

En el mundo de la F1 simuladores son un conjunto muy caro de hardware y software, cuyo objetivo es parecerse lo más posible a la sensación que produciría un coche real al ser conducido en una pista determinada. Un simulador de F1 es la versión sumamente  cara de los pequeños simuladores que podemos tener en casa o ser conducidos en espectáculos públicos y en algún que otro evento. El Museo Ferrari en Maranello ofrece a sus visitantes la posibilidad de vivir la experiencia de un verdadero piloto de Fórmula 1 gracias al simulador de conducción, que reproduce los detalles más pequeños de una de las pistas más emocionantes en el mundo: Monza. La verdad, muy barato no es. Siete minutos cuesta 25 €urillos de nada. Ya sabéis, es Ferrari. 

Desde fuera, los simuladores más complejos  tiene la apariencia de un gran cubo soportado entre tres y seis brazos hidráulicos aunque la limitación de movimientos que tiene un F1 hace que algunos sean menos complejos que los utilizados en aviación. El coche siempre está en el suelo y la simulación se centra principalmente en representar en parte las fuerzas laterales, los pasos por los pianos como las producidas en las aceleraciones y en las frenadas  El ingenio está conectado a un ordenador en el que se guardan todos los parámetros típicos del coche, desde que sale desde el box  hasta posibles averías y accidentes. El operador combina todos estos datos para simular, como si se tratara de un videojuego, una vuelta en cualquier circuito. Bueno, matizo, realmente es un videojuego. A sus órdenes, el ordenador maneja los brazos hidráulicos que reproducen, con inusitado realismo los movimientos de las maniobras del coche. Delante, gracias a una gran pantalla, el piloto ve las imágenes virtuales que corresponden a los escenarios previamente planificados en la sesión de simulador. De este modo, el piloto se enfrenta a situaciones tales como un cambio de las condiciones de la pista debido a la lluvia, un cambio de compuestos, una avería, etc.

La simulación es tan buena que se escucha hasta el sonido del motor, bueno, también falso, pero sin duda el sonido coincide con la frecuencia del sonido de los engranajes y facilita al piloto a la hora de realizar el cambio. Esto es fundamental por si falla el sistema sonoro que muchos suelen tener en los auriculares del casco. La ECU del coche manda una señal al piloto en forma de pitido que indica el momento oportuno para realizar el cambio, que es cuando se alcanza el limitador de revoluciones. Si fallara, el piloto tendría que ver el volante para captar la luz que emite y sería más lento.

El creciente énfasis en las simulaciones en general, y en particular la utilización de una herramienta capaz de se sustituir las pruebas en pista  que cada día están más limitadas hace necesaria la inversión en estas máquinas. La función principal es la descrita anteriormente, instruir a los pilotos sobre los trazados. Para los pilotos noveles su utilización es básica. Adaptar previamente al estilo de conducir de estas máquinas es vital para un novatos y sobre todo para el equipo. Un F1 es caro y las horas de test lo son aún más. No se pueden arriesgar a tener un incidente en pista que deje el coche dañado y sobre todo a la pérdida de tiempo que supone cogerle el filig al coche para empezar a rodar en condiciones optimas. Por tanto hay que ir al grano y aprovechar al 100% el tiempo en pista. Pero esta labor no es solo para novatos. El trabajo de simulación es muy importante para mejorar el rendimiento de los pilotos titulares. Permite que se adapten lo más rápido posible al circuito, puedan probar distintos tipos de conducción y de trazadas,  mejorar en los puntos clave gracias a la telemetría, etc.

Simulador de McLaren.

Como óptico-óptometrista que soy quiero dejaros un detalle de mi profesión que puede resultar interesante y que también se usa para mejorar las prestaciones del piloto en las simulaciones.

La evolución nos hizo tener unavisión periférica débil. Es lo que tenía ser cazador donde prima tener una buena visión central estereoscópica (lo que llamamos coloquialmente, visión en 3D ) para captar mejor las distancias cuando queríamos pillar una presa. Así, los humanos, en comparación con otros animales, necesitan más tiempo y recursos para identificar los objetos que lo rodean, por lo tanto, el simulador quiere tratar de emular el ambiente que se produciría en la visión central y estimular el lóbulo occipital del cerebro que es el principal responsable del procesado de la visión. Esto es de gran importancia en un deporte donde una décima de segundo equivale a recorrer decenas de metros. Para eso se entrenan los pilotos, no solo en el apartado físico sino en el del reflejo visual. Por lo tanto, hay una sola pantalla de visión de 180 grados para que coincida con las imágenes en movimiento de la pista y de los objetos que se dejan atrás. Normalmente se buscan referencias de frenada situadas en los laterales de la pista.

Esta máquina entrena los reflejos. Es un ingenioso aparato que consiste en un cuadrado de dos por dos metros y en el que su funcionamiento es simple: enciende un punto de luz, de uno en uno y de forma aleatoria, para que el piloto lo apague con la mano en el menor tiempo posible.

Lo siento, no me podía reprimir, jeje. Seguimos. 

Básicamente esa son las labores primordiales de esta máquina pero algunos dan un paso más. Red Bull en mayor medida y posteriormente Lotus aunque con resultado desigual utilizan los simuladores para desarrollar el coche.

Una vez que dispones una máquina fiable, bien “engrasada” puedes dar el salto. Sabido es que los azules pieza que introducen, pieza que funciona. Lotus, por poner otro ejemplo están algo retrasados. En el 2013 intentaron modificar la distancia entre ejes del coche únicamente usando la simulación.  Es la primera vez que lo hacen aunque sus resultados no fueron los deseados y siguen en faena. No quiero decir con esto de la simulación sea una panacea. El ejemplo de McLaren es claro y también Red Bull cometen errores y seguirá cometiéndolos en el futuro pero en la actualidad disponen de las mejores instalaciones y sobre todo un software muy  seguro  y fiable. Trabajo de muchos años como veremos.

Ahora veamos algunos datos y detalles de los sistemas utilizados. Realmente se sabe muy poco. Lo más importante de esta tecnología está en lo que no se ve. La parte externa “carece” de importancia y el secretismo está en los programas informáticos utilizados. Ahí es donde está la clave del rendimiento. Vamos algunos  ejemplos.

McLaren

McLaren se considera que tiene la instalación más avanzada en el momento de escribir este artículo junto a Red Bull. Estas palabras provienen de la persona que ha pasado mucho tiempo en su interior,  Pedro de la Rosa, quien solía ser el piloto de pruebas y de reserva del equipo ingles hasta su desembarco en Maranello donde en la actualidad está realizando una función importante en Ferrari, desarrollar su simulador. El trabajo en la fábrica de Woking se inició en 2003, de ahí que el español diga que McLaren lleva años ventaja con respecto a los rojos.

Gary Paffet, su piloto de pruebas, dice: "Desde luego, dentro de la cabina se obtiene una respuesta muy similar a lo que  se siente en el coche real".

Jonathan Neale añade. "La diferencia entre los simuladores usados en casa con un valor de unos  2000$ y los modelos usados en F1que pueden costar  varios millones de dólares es la ciencia que se encuentran por debajo de la ingeniería. Hay miles de horas de trabajo en los modelos de software, matrices de neumáticos, modos de motor con el fin de dar al piloto las mejores  sensaciones posibles sobre el coche".
Chris Goodwin, piloto de pruebas jefe, admite que el simulador ha sido parte insustituible y esencial de sus proyectos, que también ayudaron a la división de coches de calle de Mclaren para integrar una gran cantidad de conocimiento en la producción.

Red Bull

Ciertamente, los vigentes campeones del mundo, Red Bull Racing no lo son por arte de magia. Ganar carreras y tienen, sin duda el complemento ideal con un sistema similar al usado por los demás. La diferencia, muy fácil, aquí la tenéis.
24/05/2013, Viernes. En Red Bull se están dando cuenta de que necesitan cerca de 1 segundo de mejora antes de iniciar la calificación en Mónaco. Manos a la obra.  Las informaciones recogidas en las calles de Monte Carlo son enviadas de vuelta a su base y Sebastian Buemi hace cerca de 400 vueltas en el simulador, que al parecer dio lugar a nuevas modificaciones en el alerón delantero del coche (RB9) para la carrera.  Ahí está la diferencia. No mejoraron un segundo pero si una gran parte del mismo.

El hombre que está detrás del simulador de Red Bull es Andy Damerum. El habitáculo para los pilotos es el mismo desde hace muchos años. Se usa desde que se implantara en el Red Bull RB1 de 2005, sin embargo, está programado con la aerodinámica y la especificación del motor del coche actual. Pedales y posición de conducción son exactamente los mismos, volante funciona en su totalidad, todos los botones, y es una copia exacta de la que se usa en el fin de semana.
Esta cabina está en la cima de una plataforma, que está montado sobre seis brazos hidráulicos. Su ubicación, un poco alta. El piloto está casi 2 metros sobre el suelo.Roll, cabeceo y guiñada están ahí, como se puede imaginar - la gente con la enfermedad del movimiento quedan mejor fuera. ¡Ay Kimi! Como te entiendo.
De vuelta en el simulador, cualquier tipo de configuración y los parámetros que se pueden modificar durante la carrera, como el ángulo de ataque, divergencia, suspensión, etc, se puede cambiar en el simulador. Algo que por lo general no se cambia es los niveles de adherencia, ya que producen una sensación diferente para el conductor, por lo tanto, el agarre es normalmente un parámetro constante.

Andy Damerum u otro personal del equipo está supervisando los datos en tiempo real. Los mismos parámetros están disponibles, tanto en la simulación como en la pista, incluso con el mismo nombre que se  utiliza en la realidad.

Se trata de una pantalla típica que un ingeniero del simulador estaría mirando:

 

Ferrari

Nuestra siguiente parada es en Maranello, donde Ferrari están disfrutando de la instalación del simulador realizado por compañía llamada Moog - un proceso que se inició en 2008 y que fue inaugurado en el año 2011. Pedro De la Rosa  realizó un examen de la situación actual del simulador a partir de su llegada a Manarello, explicó que las medidas deben ser tomadas. ¿Cuáles? Primero mejorar todo lo referente al hardware y software que lo forman si Ferrari quiere perseguir a los rivales en ese aspecto. En cristiano, hacer un simulador nuevo y mejorar el programa informático. Casi nada aunque se están poniendo las pilas como vemos en las imágenes del aparato.

Simulador de Ferrari.

 Algunos de los aspectos técnicos del simulador son:

• Ángulo de visión - 180 grados
• 10 equipos multiprocesador
• 60 GB de memoria RAM
• Alrededor de 5 GB de datos por día
• 3500 vatios Dolby Surround Sistema de sonido 7.1

Os fijáis en lo que muchas veces he dicho. McLaren en el 2003, Red Bull en el 2005, Ferrari inaugura el suyo en  2011. Comprendéis ahora muchas cosas.

Por último, el equipo Mercedes AMG se ha quejado mucho de la falta de un simulador adecuado. Su situación es muy similar a la de Ferrari. Desde el verano del 2013, el equipo están trabajando para mejorarlo. En esa labor están interviniendo gente de la categoría de Robert Kubica para ayudarles con el trabajo del simulador y la retroalimentación. El polaco ya ha tenido varias sesiones en el simulador aunque no está claro que siga en el proyecto.
Una de las preguntas más frecuentes es cómo se definen las características de las pistas en el simulador.  Los equipos disponen de primera mano información los circuitos convencionales, es decir, donde antes han rodado. Las nuevas pistas dificultan la tarea. La información para crear un modelo se añade a la base de datos a través de los datos en bruto (coordenadas, números), a continuación, las imágenes de vídeo para pulir los el modelo comparando la pista con datos potencialmente reales obtenidos de otras categorías que hayan probado allí. Si no es posible, comparándolo con otras pistas. Por ejemplo, la curva tal es similar a la que hay en Montmelo.
Como vemos, esta herramienta cada día está ganando más presencia e importancia en la F1. El gran salto en prestaciones de esta tecnología se dará cuando los equipos dejen de utilizarlo como un mero instrumento de entrenamiento para convertirse en uno de los pilares a la hora de diseñar el coche. ¿En qué posición está cada uno? Creo que queda claro. Dos o tres equipos destacan y el resto anda intentando alcanzarles. Es un camino largo, tedioso, constante pero a la larga muy rentable. Tarde o temprano llegarán a su altura. Con el tiempo lo veremos, pero eso será otra historia.