Novedades técnicas F1 2014 - ERS

Buenas noches. Antes de nada quiero agradecer a nuestros seguidores el apoyo que nos han mostrado en esta nueva andadura en la que nos hemos embarcado. Estoy encantado de que nuestros seguidores de toda la vida sigan ahí y de que vengan otros nuevos. El apoyo me da motivación para seguir produciendo material que os resulte interesante. Por ello, tras unos días de espera, finalmente hablaremos de otra de las grandes revoluciones que presenta la Fórmula 1 de 2014: los nuevos sistemas de recuperación de energía.

La verdad es que el objetivo de los sistemas de recuperación de energía ha cambiado bastante para esta temporada con respecto de las anteriores. En 2009 entró el primer sistema de este tipo, el KERS (Kinetic Energy Recovery System o Sistema de Recuperación de Energía Cinética). El fundamento del mismo es aprovechar la energía calorífica que se genera en los discos de freno de los coches, almacenándola y poniéndola a disposición del piloto en el volante de tal manera que, al apretar un botón, esa energía fuese imprimida en el tren de potencia dando unos cuántos caballos extra de potencia durante pocos segundos. Tras una temporada en la que el uso del sistema fue opcional y solamente cuatro equipos llegaron a montarlo en algún Gran Premio fue suprimido para la temporada 2010 de cara a que en 2011 todos los equipos hubiesen desarrollado la tecnología de un modo aceptable, como así fue durante las últimas tres temporadas.
Esta temporada se ha desarrollado un sistema mucho más sofisticado para la eficiencia energética de los coches, el cual se ha denominado ERS (Energy Recovery System). Está basado en la combinación de dos sistemas, uno es el antiguo KERS (renombrado como ERS-K) y otro es un sistema de recuperación asociado al turbo que se denomina ERS-H. También se ha denotado a estos sistemas como MGU (Motor Generator Unit). En conjunto se tiene un sistema capaz de suministrar 160 CV, que es el doble que la del KERS. Pero no solo eso, mientras el KERS solamente podía usarse 7 segundos por vuelta a máxima potencia, el ERS durará aproximadamente 35 segundos por vuelta a máxima potencia. Esto implica que una mayor proporción de la potencia generada por un coche será recuperada, aumentando el rendimiento del motor. La activación del sistema dejará de ser por medio de un botón y pasará a ser electrónica, por lo que el piloto solo podrá jugar con el acelerador para dar potencia, como toda la vida se hizo.

El ERS-K (MGU-K) no tiene mucha diferencia con el sistema KERS que todos conocemos. El sistema de frenado de un coche tiene un objetivo evidente: reducir su velocidad. O lo que es lo mismo, disminuir su energía cinética. Pero la energía no puede crearse ni destruirse, luego si queremos disminuir la energía cinética hemos de transformarla en otra forma de energía. Con los sistemas de frenado de los coches lo que se hace es convertir la energía cinética en energía calorífica, es decir, los discos absorben la energía cinética y debido a ello se calientan. El ERS-K absorbe esa energía calorífica y la transforma en energía eléctrica, almacenándola en una batería.
En el caso del ERS-H (MGU-H), la H viene de Heat (calor) pero en realidad no es que almacene la energía calorífica del motor. Su fundamento es también la energía cinética pero se le ha llamado así para que no fuese igual que el ERS-K. Sobre la imagen del MGU-H (cortesía de Renault Sport) podemos explicar a la perfección el funcionamiento del sistema. La parte azul encima del bloque motor es el turbo, el color representa el aire entrante al coche. Para comprimir el aire se usa un turbocompresor, basado en dos turbinas cuya labor es lograr ese incremento de presión. Una se comporta como turbina y la otra como compresor. El aire entrante se va al compresor y su presión se incrementa, pero también su temperatura, luego pasa por el intercooler (el radiador abajo a la izquierda) y ya pasa a inyectarse en los cilindros junto con el combustible. La gracia es que los gases de escape (color naranja) son aprovechados: tras el colector de escape son enviados ni mas ni menos que a la turbina del turbocompresor. Esto quiere decir que son los propios gases de escape los que mueven la turbina que acciona el compresor, logrando una eficiencia muy alta en el proceso.

Lo realmente interesante es ver cómo ambos sistemas se combinan y actúan juntos. Depende de la situación en la que se encuentre el piloto: acelerando o frenando. Lo explicaré con un pequeño diagrama:

Estos son los elementos de los que consta el sistema ERS: el motor (evidentemente es a quien queremos suministrar energía extra), los dos componentes ERS y una batería en la que se almacenará energía que no se esté utilizando. El ERS-H suministrará energía al motor para acelerar la compresión de los gases, tal y como vimos. Esto quiere decir que entrará en acción cuando el motor no esté a plena potencia, o lo que es lo mismo, cuando el piloto no esté pisando el acelerador al 100%. Mientras que el motor esté a plena potencia no se podrán acelerar más las turbinas, luego la energía que genera el ERS-H se almacena en la batería para no desperdiciarla. El ERS-K aportará energía al motor siempre que el piloto de gas, es decir, no será necesario apretar un botón. Además cargará la batería en las frenadas.

Esto implica que la batería está casi continuamente cargada, luego la potencia extra está disponible en todo momento. Veamos como queda el diagrama para cada situación:

a) Acelerador pisado parcialmente: el ERS-H está acelerando el turbocompresor y el ERS-K se ocupa de aportar la potencia extra enviando energía desde la batería:

b) Acelerador pisado a tope: el ERS-H no puede acelerar más las turbinas y deposita la energía generada en la batería. El ERS-K se ocupa de suministrarla al motor desde la propia batería.

c) Frenada: el ERS-H aporta energía al motor (ojo, no está dando gas, recordemos que el ERS-H solo acelera la turbina, eso sí, con esto se consigue que los gases entrantes sigan comprimidos una vez que el piloto vuelva a abrir gas eliminando cualquier retardo en la entrega de potencia), el ERS-K carga la batería a través del sistema de frenos.

Con todo esto demostramos que la función del ERS es optimizar la aceleración de los coches, aprovechándose de los nuevos sistemas turbo. Ahora la entrega de potencia en los coches va a ser alta, tal y como dijimos en la entrada sobre los motores, pero además va a venir reforzada por el sistema de recuperación y por el hecho que vimos en el apartado c), la entrega de potencia será inmediata, lo cual no sucede en motores turbo convencionales, que tardan un poco en entregar potencia (al tener que acelerar la turbina, lo cual tarda un poco).

Esto es todo, espero que hayáis aprendido un poco cómo funciona el nuevo sistema recuperador de energía de los F1 de 2014. Personalmente me parece una materia muy interesante, el cómo se las han ingeniado para aumentar el rendimiento de los motores, que normalmente es bastante bajo puesto que disipan la mayoría de la energía por calor. Próximamente seguirán los análisis técnicos, intentaremos ver qué es lo que pasó esta semana en Jerez y comenzaremos a pensar en Australia. Agradezco de nuevo todo el apoyo que estamos teniendo para el blog recientemente e invito a nuestros lectores a plantear cualquier cosa sobre el ERS en los comentarios, es una tecnología que he comenzado a conocer hace poco y si tenéis alguna inquietud sobre el sistema planteadla y lo investigaremos en la medida de lo posible, como dije me parece una tecnología muy interesante y cuanto más podamos saber sobre ella mejor. Un saludo y hasta la próxima!

PD: Adjunto un vídeo del canal de Youtube de Peter Windsor en el que explica el sistema ERS con la ayuda de Craig Scarborough. Podéis ver cómo el ERS-H aporta energía o la absorbe gracias al hecho de que comparte el eje de las turbinas, acelerándola cuando se está empezando a abrir gas y tomando energía cuando se va a fondo. Necesitaréis un poco de nivel de inglés para comprenderlo: