Análisis Técnico – Arquitectura de las Power Unit 2014

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Las nuevas centrales de potencia han causado cierta agitación desde que la FIA anunció su intención de llevar a cabo una introducción de un sistema híbrido como mecanismo de propulsión – yendo más allá del antiguo sistema V8 + KERS.

A diferencia de la anterior etapa turbo en los años 80, en la que eran coches poco eficientes, poco potentes y podían tirar al máximo en clasificación, el nuevo sistema híbrido V6 turbo + ERS es más complejo en su ejecución y configuración dotando a los monoplazas de mayor potencia que sus antecesor junto con un mayor abanico de posibilidades en el desarrollo.

En términos de turboalimentación, utilizar un cargador agua/aire – más pesado – solía estar peor considerado por las propiedades que ofrecía un aire/aire – menos pesado. Esto era debido a que la mayoría de personas asociaban el beneficio que daba la forma en que se refrigeraba el coche con el peso adicional.

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No obstante, a lo largo de los años este concepto ha ido variando. Una refrigeración aire/aire es más efectiva cuando los radiadores se pueden colocar en una franja de aire limpia, por ello, los coches convencionales de calle emplean esta solución. Sin embargo, instalar una refrigeración aire/aire en un monoplaza trae consigo algunos problemas a la hora de instalar la red de tuberías.

La simetría es un aspecto importante a tener en cuenta a la hora de diseñar un monoplaza, ya que el drag que genera un lado del coche ha de ser equitativo en ambos lados. Por este motivo los equipos han ideado diferentes maneras de empaquetar toda la unidad de potencia sin penalizar el rendimiento.

Se pueden ejecutar dos radiadores similares más pequeños que lo habitual debido al decremento de tamaño del propulsor, con refrigeradores aire/aire montados en conjunto utilizando el beneficio del flujo de aire que les atraviesa. La desventaja de esto es la complejidad de la red de tuberías, ya que, además, utilizan unas tuberías de mayor diámetro.

Por otro lado, se puede montar un radiador simple en cada pontón, más grande que si existieran cuatro radiadores, dos en cada lado del coche. La diferencia radicaría en el espesor del núcleo relleno de agua o el extra que da a bote pronto el aire después de enfriar, junto con la pérdida de simetría debido al alojar tuberías de aire en lugar de ‘mangueras’ de agua.

Por el contrario, unos radiadores agua permitiría acomodar dos en cada pontón de tamaño similar – uno para el motor, otro para el compresor – situándolo a medio camino entre el compresor y la entrada de aire.

Esta distribución tiene algunos peros. El peso de este radiador ha de ir colocado a cierta altura ya que el centro de gravedad aumentaría. No obstante, el menor trayecto a recorrer entre el compresor y la entrada se traduce en una menor caída de presión, lo que acrecenta el rendimiento.

El manejo de radiadores de aire que ayuden al intercooler se traduce en un mejor empaquetado en lugar de valerse de tuberías de grandes diámetros.

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Los motoristas han dado un enfoque distinto a la distribución del grupo propulsor, lo que tendrá un impacto en el diseño aerodinámico y del propio chasis.

Como se aprecia en la imagen, Mercedes ha colocado el MGU-H en mitad de la V formada por el motor con el compresor y la turbina a cada extremo de la misma. Todos los equipos motorizados por la marca de la estrella utilizan colectores ubicados linealmente lo que apenas tiene un efecto ventajoso sobre el resto, pero crea mucho más espacio en los pontones.

La simetría de los pontones indica que el intercooler agua/aire se acomoda entre el bloque motor y el depósito de combustible, necesitando menos espacio para su colocación siendo menor distancia que recorra el aire que impulse al turbocompresor, aunque es necesario instalar un radiador más para enfriar la masa de agua.

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Como se detalla en la imagen, Force India y Williams han optado por usar una configuración aire/aire en el pontón derecho, con un radiador para el motor en el otro pontón.

Mencionado anteriormente, Mercedes ha colocado el intercooler entre la célula de combustible y el motor. Esto es una opción astuta ya que origina un ahorro considerable en espacio en los pontones, pero también viene fomentado por la ayuda intrínseca que ha proporcionado su proveedor de combustible, Petronas, quienes no sólo han tenido que trabajar para regular sus propios requisitos de temperatura, sino también los del radiador agua/aire sin causar mayores picos o depresiones en la temperatura del mismo.

El boceto inicial de McLaren es diferente al resto de equipos con motor Mercedes, ya que sus pontones son más voluminosos al diseñar el MP4-29 de acuerdo a la información proporcionada por los germanos sin tener en mano el propulsor – por lo que variaron el diseño justo antes de los test de pretemporada. El diseño, básicamente, se caracteriza por montar los radiadores verticalmente.

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Al igual que Mercedes, Ferrari también ha optado por colocar el MGU-H entre la turbina y el compresor, en el centro de los 6 cilindros del motor, concediendo más espacio a la caja de cambios. Sin embargo, al colocar el intercooler y el compresor en el centro del propulsor, podría haber comprometido el redimensionamiento de los mismos haciéndolos más pequeños.

Ferrari ha elegido usar unos colectores más alargados que conectan en un colector central justo por delante de la turbina, donde se localiza una válvula de descarga de gran calibre.

En la imagen superior, se puede observar cómo el intercooler agua/aire se centra en la V del motor, lo que da lugar a un recorrido entre éste elemento y el compresor muy corto. Además, los de Maranello instalan una entrada de aire con forma circular alrededor de todo este sistema dividido en dos para alimentar cada línea de combustión.

El intercooler agua/aire se mantiene frío gracias a otro radiador de agua que localiza en uno de los pontones. Ferrari, Sauber y Marussia corren con la misma unidad – la diferencia radica en las exigencias aerodinámicas de cada uno, claro ejemplo de Sauber, que dispone sus radiadores verticalmente – pero esencialmente las tres escuderías distribuyen el propulsor de la misma forma – a diferencia de Renault y Mercedes – ejecutando los elementos del núcleos en la línea central.

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Siendo Marussia el equipo del que se disponen más imágenes de la organización del Ferrari Type 059/3, se observa cómo acomodan un radiador del motor en el pontón derecho, mientras un radiador más pequeño en el izquierdo. Esto hace que la configuración del motor Ferrari sea muy parecida a la de Mercedes.

No obstante, los italianos guardan una diferencia significativa, y es que el 059/3 no separa el compresor y la turbina a cada extremo, corriendo un eje por centro del motor, aunque el sistema es bastante similar, ya que el aire procedente del compresor atraviesa el intercooler en un recorrido bastante corto, para luego atravesar las tuberías circulares. El aire se enfría y entra por la parte superior del motor.

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Los equipos motorizados por Renault se podrían dividir en tres configuraciones diferentes, ya que hay elementos no homologados los cuales se dejan a libre interpretación de organización, como los colectores, tuberías y escape.

Toro Rosso y Caterham son los que guardan similitudes a la hora de afrontar el empaquetado del propulsor de la marca del rombo, optando ambos por emplear colectores que viajan verticalmente alrededor del motor de combustión hasta la turbina. Por otro lado, el turbo es impulsado por intercoolers aire/aire colocados en los pontones con un radiador asociado a la vez.

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El mecanismo de la turbina y el compresor se sitúa justo detrás del motor dejando espacio de sobra a la MGU-H para acomodarse en el centro de la V. Por ello, el propulsor puede alojarse más cerca del depósito de gasolina.

En contrapunto, Red Bull se inclina por mejorar el perfil aerodinámico del pontón dejando casi horizontales los radiadores, lo que obliga a la marca a utilizan un tubo de escape diferente al salir a lo ancho a diferencia de agua/aire. Esto acorta la red de tuberías entre el intercooler, el compresor y la entrada al motor, lo que compromete el empaquetado tan extremo que aplica el diseño del RB10.

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Lotus ha sido el equipo Renault de los cuatro que ha preferido montar sus radiadores verticalmente para acortar la distancia de las tuberías permitiendo una salida de escape diferente que dé algo más de rendimiento.

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La válvulva de descarga es otro componente libre que cada equipo probablemente siga las instrucciones del motorista a la hora de instalarlo y hacerlo funcionar.

Ferrari ha elegido colocar dos válvulas de este tipo – una por cada línea de colectores – como parte del conjunto turbocompresor y MGU-H con diferencias entre el diámetro de la red de tuberías. Renault y Mercedes, sin embargo, utilizan una válvula con una red de tuberías más simple en línea central del coche – excepto Lotus, que va por su cuenta al hacerlo asimétrico dirigiendo la tubería principal a la derecha.

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La válvula de descarga es un elemento importante para las nuevas Power Units y ha de ser un componente ser robusto. El control y eficacia ofrecidas es importante debido a la forma en que el MGU-H funciona conjuntamente con esta válvula debido a que regula el estado de la carga general del ERS, que recupera energía enviada directamente a las baterías o al MGU-K.

Ferrari es el equipo que parece haberse quedado rezagado en términos de potencia con la forma en que las MGUs entregan la potencia entre sí desembocando en un turcompresor más pequeño. Es decir, en el pico de potencia del MGU-H, en el que debería estar acumulando energía y enviando directamente al MGU-K dando más potencia, el propulsor Ferrari es incapaz de hacerlo, por lo que se estaría cogiendo energía procedente de las baterías, agotándose con mayor rapidez, y por tanto, siendo incapaz de rodar tanto tiempo a máximo régimen como el motor Mercedes.

En definitiva, la división del turbo que ha elegido Mercedes es un elemento diferenciador en términos de rendimiento. No sólo la distribución de la unidad da una ventaja de potencia, sino que crea un monoplaza internamente muy aerodinámicamente eficaz. Además, el comportamiento del sistema ERS en Mercedes, dando mayor estabilidad de energía a diferencia de Renault y Ferrari, quienes siempre andan en luchas por manejar correctamente esta entrega, afecta al sistema brake-by-wire – frenos – quien forma también parte del mecanismo de las MGUs. Todo ello conduce a una falta de sensación y confianza que, pilotos como Sebastian Vettel, están viendo lastrada su temporada al tener que adaptarse a un sistema que no es del todo estable.

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