Renault muestra nuevos detalles de su Energy F1 V6 Turbo

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Renault Sports ha dado a conocer más detalles sobre su nuevo propulsor V6 Turbo, denominado Energy F1, como ya hizo Ferrari el día 19 de diciembre. La marca francesa ha querido hacer inciso en la relación existente entre los monoplazas de Fórmula 1 y los coches de calle, con el objetivo de que la sociedad pueda disfrutar de estos avances tecnológicos.

El 2014 es un año de cambios. El Campeonato del Mundo de Fórmula 1 supone una nueva época de radicales cambios técnicos. De 2014 en adelante, los monoplazas estarán propulsados con la vanguardia en tecnología del tren de alimentación, con un potente motor turbo de combustión interna, acoplado con el más sofisticado sistema de recuperación de energía.

La eficiencia de la energía alcanzará niveles nunca vistos en el deporte, con dos tipos de energía propulsando el coche. El motor de combustión interno producirá potencia a través del consumo de la gasolina tradicional, mientras que la energía eléctrica será recolectada desde el escape y los frenos por dos generadores. Los dos sistemas trabajarán en armonía, con los equipos y pilotos equilibrando el uso de los dos tipos de energía durante la carrera.

La llegada de esta nueva tecnología significa que la palabra ‘motor’ no será suficiente: ahora el deporte mencionará a las ‘unidades de potencia’. Renault está totalmente preparada para esta revolución técnica, con su Energy F1-2014 diseñado y desarrollado en su Cuartel General de Viry-Châtillon en Francia, preparado para pruebas en pista.

Elementos clave

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  • Motor V6 turbocompresor de combustión interna de 1.6 litros.
  • Inyección directa.
  • Máxima potencia de 15.000 revoluciones por minuto.
  • Dos sistemas de recuperación de energía – el MGU-H, que recupera energía de los escapes y el MGU-K, que recupera energía de la frenada.
  • Energía eléctrica recuperada almacenada en una batería.
  • Potencía combinada máxima de 760 caballos, a la par de la generación V8.
  • Doble restricción en el consumo de gasolina: 100 kg para carrera (-35% que en 2013) y flujo de gasolina limitado a 100kg/h – los coches necesitarán usar ambos motores durante la vuelta.
  • El desarrollo de los motores durante la temporada está congelado, sólo cambios razonables y equitativos están permitidos.
  • 5 unidades de potencia por piloto en todo el año.

Motor V6 de combustión interna

El V6 es una taquigrafía de un motor de combustión interna con sus cilindros organizados en 2 bancos de 3 cilindros dispuestos en una configuración en ‘V’ sobre un cigüeñal. El Renault Energy F1 V6 tiene un consumo de 1.6 litros y entrega alrededor de unos 600 caballos de potencia, o lo que es lo mismo, 3 veces más que la potencia de un Renault Clio RS.

Contrario a la creencia popular, el motor de combustión no es la pieza más fácil de diseñar de la unidad de potencia. Como arquitectura es muy diferente a la de los V8 antiguos. Las presiones del turbocomprensor dentro de la cámara de combustión son enormes – casi el doble que la del V8. El cigüeñal y los pistones estarán sujetos a un estrés masivo y la presión dentro de la cámara de combustión subirá hasta los 200 bares, o 200 veces la presión ambiental, o lo que es lo mismo, algo más de 29.000 veces la fuerza que aguanta una persona para mantenerse de pie.

La presión generada por el turbocompresor pueden producir ‘golpes’ dentro de la cámara de combustión que son difíciles de controlar o predecir. Si este fenómeno destructivo ocurre, el propulsor se destruirá inmediatamente.

Inyección directa de gasolina

Todas las unidades de potencia deben estar directamente inyectadas con gasolina, donde el combustible es introducido directamente en la cámara de combustión, en lugar de en las puertas de entrada a las válvulas internas. La mezcla de combustible-aire se forma dentro del cilindro, por lo que se requiere una gran precisión en la medición y dirección del combustible desde la boquilla del inyector. Esta es la clave del subsistema en el corazón de la eficiencia del combustible y entrega de potencia de la unidad de de propulsión.

Una de las elecciones centrales del diseño del propulsor de combustión interna fue montar la inyección directa superior (donde el combustible es introducido por la parte de arriba de la cámara de combustión, cercano a la bujía de encendido) o lateral (por debajo de la cámara de combustión).

La opción sigue residiendo en cortar los cilindros para mejorar la eficiencia y facilidad de conducción en las curvas.

Turbocompresor

Un turbocompresor usa la energía expulsada de los escapes para incrementar la densidad del aire extraído, la cual, produce más potencia. Similar al principio empleado en los coches de calle, el turbocompresor permite un motor más pequeño para producir más potencia que con su tamaño normal permitiría. La energía de escape es convertida en potencia del eje mecánico por una turbina de escape. La potencia mecánica procedente de la turbina es usada luego para conducir el compresor, y también el MGU-H (ver más abajo).

En su punto álgido el turbocompresor rueda a 100.000 revoluciones por minuto, es decir, 1.500 veces por segundo. De este modo, la presión y temperaturas generadas serán enormes. Parte de esta energía recuperada proveniente del escape pasará por el MGU-H y será convertida en energía eléctrica, la cual, se almacenará y se usará después para que el turbo no frene demasiado en la frenada.

Como la velocidad del turbocompresor debe variar para que coincida con lo que pida el propulsor, puede haber un retraso en la respuesta del par, conocido como ‘retardo del turbo’, cuando el piloto pise el acelerador después de un tiempo sustancial de frenado. Uno de los mayores desafíos de la unidad de potencia es la de reducir este suceso a cero, para acercar la entrega del par de potencia a los motores V8.

Válvulas reguladoras de presión

En motores turbo convencionales, una válvula reguladora de presión es usada en asociación con el turbocompresor para controlar la alta velocidad de rotación del sistema. Es un dispositivo de control que permite que el exceso de gas de escape pase por la turbina y empareje la potencia producida por la turbina con la que necesita el compresor para suplir el aire requerido por el motor. En el Renault Energy F1, la velocidad de rotación del turbo es principalmente controlada por el MGU-H (ver más abajo), sin embargo, una válvula reguladora de presión es necesaria para mantener el control total en cualquier circunstancia (tránsito rápido o desactivación de MGU-H).

La válvula reguladora está unida al turbocompresor, pero está situada en un lugar bastante concurrido del coche. Por tanto, el reto es hacerlo suficientemente robusto para soportar las enormes presiones siendo lo suficientemente pequeño para que quepa.

Como consencuencia, hay ciertas partes que son clasificadas como críticas si fallan. Con esta medida, a la válvula reguladora le pasa lo mismo: si falla, las consecuencias pueden ser desastrosas.

MGU-K

El MGU-K está conectado al cigüeñal del motor de combustión interno. Bajo frenada, el MGU-K trabaja como un generador, recuperando parte de la energía cinética disipada durante la frenada. Ésta se convierte en electricidad que puede ser usada durante la vuelta (limitada a 120 kW o 160 caballos de potencia por la normativa). Bajo aceleración, el MGU-K es propulsado por el almacén de energía y/o desde el MGU-H y actúa como un motor propulsor del coche.

Mientras que en 2013, el fallo por KERS costaba 0,3 segundos por vuelta en la mitad de las carreras, las consecuencias del fallo del MGU-K en 2014 pueden ser, de lejos, más serias, dejando el coche únicamente propulsado sólo por el motor de combustión, perdiendo 160 caballos de potencia.

El comportamiento térmico es un problema tan masivo como que el MGU-K generará 3 veces más calor que los KERS antiguos.

MGU-H

El MGU-H está conectado al turbocompresor. Actuando como generador, absorve potencia desde el eje de la turbina para transformar la energía calorífica de los gases del escape. La energía eléctrica también puede ser proporcionada directamente desde el MGU-K o desde las batería de almacenamiento para posterior uso. El MGU-H es también usado para controlar la velocidad del turbocompresor, para igualar la petición de aire del propulsor (por ejemplo, para reducir la velocidad en lugar de usar la válvula reguladora de presión o acelerar para compensar el retraso del turbo).

El MGU-H produce corriente alterna, pero la batería usa corriente continua debido a la alta complejidad que el transformador necesita.

Las altas revoluciones son un reto, tal que, el MGU-H está acoplado al turbocompresor funcionando a velocidades de 100.000 revoluciones por minuto.

Batería (o energía almacenada)

El calor y la energía cinética recuperadas serán consumidas inmediatamente si se necesitan, o usadas para cargar la batería. La energía guardada se podrá usar para propulsar el coche con el MGU-K o para acelerar el turbocompresor con el MGU-H. Comparado con el KERS, el ERS de 2014 tendrá dos posibilidades de potencia (120 kW o 60 kW) y la energía que contribuye al rendimiento es 10 veces mayor.

La batería tiene un peso mínimo de 20 kg para dar potencia a un motor que produce 120 kW. Cada 1 kg proporciona 6 kW (una gran relación potencia/peso), que generará gran cantidad de fuerzas electromagnéticas.

Las fuerzas electromagnéticas pueden causar un impacto en la precisión de los sensores, que son particularmente sensibles. Equilibrar las fuerzas es como intentar llevar un castillo de naipes en una tormenta – una operación delicada y arriesgada.

Intercooler

El intercooler es usado para enfriar el aire de admisión del motor después de haber sido comprimido por el turbocompresor.

La presencia de un intercooler (ausente en los motores V8 aspirados), acoplado con el incremento de la potencia originario de los sistemas de recuperación de energía, hacen un proceso complicado de integración desde la total superficie del área del sistema de refrigeración. Los radiadores, por su parte, han aumentado de tamaño significativamente con respecto a 2013.

La integración del intercooler y otros radiadores son la clave, pero la refrigeración efectiva sin incoporar radiadores gigantes es el mayor desafío y el factor clave en el rendimiento.

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Especificación Técnica de la Unidad de Potencia Renault F1 2014

Motor Energy F1 2014
Consumo 1,6 litros
Número de cilindros 6
Límite de revoluciones 15.000 rpm
Carga de presión Un turbocompresor, carga de presión ilimitada (máximo normal: 3.5 bares debido al límite de flujo de combustible)
Límite de flujo de combustible 100 kg/h (-40% que los V8)
Límite de combustible por carrera 100 kg (-35% que los V8)
Configuración V6 a 90º
Carrera 53 mm
Altura cigüeñal 90 mm
Número de válvulas 4 por cilindro: 24
Tubos de escape Salidas de escape simple, desde la turbina en la línea central del coche
Combustible Inyección de combustible directa
ERS
Revoluciones MGU-K Máximo 50.000 rpm
Potencia MGU-K Máximo 120 kw
Energía recuperada por MGU-K Max 2MJ/lap
Energía liberada por MGU-K Max 4MJ/lap
Revoluciones MGU-H >100.000 rpm
Energía recuperada por MGU-H Ilimitada (>2MJ/lap)
General
Peso Mínimo 145 kg
Número mínimo de unidades de potencia por año 5
Potencia 600 CV (Motor de combustión) + 160 CV (ERS)

Motor a una vuelta

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En aceleración (por ejemplo, por la calle de boxes) el motor de combustión usará su reserva de combustible. El turbocompresor estará girando en su máxima velocidad (100.000 rpm). El MGU-H, actúa como generador, recuperará energía derivada del escape y pasará al MGU-K (o la batería, en caso de que necesite recargarse). El MGU-K, que está conectado al cigüeñal, actuará como motor y liberará potencia adicional para tirar más fuerte o ahorrar combustible, dependiendo de la estrategia escogida.

Al final de la recta, el piloto frena para tomar la curva. En este punto, el MGU-K se convierte en generador y recupera energía disipada en el momento de la frenada, que guardará en la batería.

En la frenada, la velocidad de rotación del turbo cae debido a la falta de energía en el escape que, en motores tradicionales, recala en la falla del motor turbo – la tardanza del turbo. Este fenómeno ocurre cuando el piloto vuelve a pisar el pedal del acelarador: la inyección de gasolina empieza de nuevo y genera gases que aumenta la velocidad del turbo. No obstante, necesita tiempo para volver a su completa velocidad de rotación, donde el motor produce el 100% de su potencia. Para prevenir este retardo, el MGU-H actua como un motor durante un transcurso corto de tiempo para, instantáneamente, apretar al turbo a su velocidad óptima, ofreciendo al piloto la maniobrabilidad perfecta.

Durante el curso de la vuelta, el equilibrio entre recolección de energía, entrega de potencia y consumo de combustible será atentamente monitorizado.

Guía rápida: Gestión de la Unidad de Potencia y cambios entre carreras

A menos que el piloto conduzca para varias escuderías, cada piloto no puede usar más de 5 unidades de potencia durante una temporada.

Si una sexta unidad de potencia completa es utilizada, el piloto involucrado deberá empezar la carrera saliendo desde el pit lane.

Sin embargo, este año la unidad de propulsión está dividida en 6 partes separadas:

  1. Propulsor de combustión interna
  2. Motor generador de energía cinética (MGU-K)
  3. Motor generador de energía calorífica (MGU-H)
  4. Almacén de energía o batería
  5. Turbocompresor
  6. Controles electrónicos

Cada piloto puede usar 6 de estas piezas durante 5 veces en un Campeonato y cualquier combinación de estas puede ser usada en el coche cuando sea.

La primera vez que el piloto use una de las 6 piezas anteriormente mencionadas una sexta vez, una penalización de 10 posiciones en parrilla será impuesta en la siguiente carrera. Si otra pieza se usa por sexta vez, el piloto recibirá 5 posiciones más en parrilla.

Si un piloto quiere usar por séptima vez una de las 6 piezas nombradas anteriormente, empezará un nuevo ciclo y se le impondrán 10 lugares en la parrilla de salida. La segunda vez que use por séptima vez una pieza, recibirá una sanción de 5 plazas.

Si una sanción de este calibre es impuesta y no se puede aplicar en la carrera presente, se aplicará en la siguiente carrera. Sin embargo, una sanción no se puede llevar más allá de un Gran Premio de diferencia.

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