McLaren MP4-30 – Gran Premio de Baréin – Análisis Técnico

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Pasito a pasito, pero con seguridad. Así va McLaren y Honda en su nueva y radical andadura en la Fórmula 1. En Honda siguen sumando kilómetros primordiales con ambos coches que les permite acumular una cantidad de datos muy valiosa en el desarrollo de su unidad híbrida. Esto es muy útil a los japoneses con vistas a perfeccionar un propulsor muy joven con un esquema organizativo muy radical en cuanto a empaquetado.

Pese a que ha pasado una única semana entre el Gran Premio de China y Baréin, el MP4-30 ha dado un salto cualitativo en potencia desplegada por el motor Honda debido a los motivos expuestos anteriormente. Esto hace que, uno de los parámetros a estudiar durante el fin de semana es la refrigeración, variable por la cual están sufriendo considerablemente y estudiaremos posteriormente. McLaren ha llevado a Baréin dos versiones de branquias laterales, siendo la más pequeña la tercera versión de rejillas vistas en el monoplaza inglés. Esta medida de refrigeración trata de evaluar las exigencias de calor a evacuar minimizando en gran medida el impacto en turbulencias y aerodinámica negativa en el flujo que circula por el estrecho pontón del coche.

Bahrain Grand Prix, Sakhir 16 - 19 April 2015

A las pruebas del fin de semana se siguen sumando muchas y variadas pruebas aerodinámicas con distintas especificaciones de ala trasera con parafina. McLaren ha decidido probar el alerón trasero sin dientes de sierra en ambos flaps que no reduciría el drag por acumulación de altas presiones en los bordes. Estas pruebas han sido estudiadas con parafina en los distintos entrenamientos libres del viernes evaluando toda la estructura y el impacto que tiene en una pista como Baréin. La inclusión de este alerón serrado va de la mano con la falta de velocidad punta que ahora mismo adolece el monoplaza británico perdiendo parte de la carga aerodinámica que genere un alerón más tradicional.

Se entiende que con un mayor despliegue de energía el MP4-30 generará más carga al mantener la configuración de mayor downforce en el eje trasero, además del mayor peso y resistencia que otorgue este ala. Cabe recordar que el alerón con dientes de sierra acumula altas presiones en cada ondulación para verse destruidas al abrir el flap superior con el sistema DRS, lo que reduce la resistencia acumulada durante el transcurso normal de la vuelta.

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Una de las imágenes que nos ha dejado los numerosos problemas que ha tenido Jenson Button durante los primeros entrenamientos libres en Sakhir es de la enorme batería que Honda incorpora debajo del tanque de gasolina por reglamento.

Una batería que ha de cumplir con los estándares de seguridad de la FIA, evitando cualquier tipo de fuga de alta tensión, incluyendo accidente o incendio, por lo que ha de reforzarse en su fabricación. Además, el trabajo óptimo de dicha batería ronda los 70 grados, por lo que la refrigeración es un punto clave a la hora de dotar al monoplaza de la evacuación necesaria. Algo con lo que Honda y McLaren tienen que lidiar porque no es un aspecto en lo que predominen vistas sus últimas actuaciones. Con una temperatura mayor la eficacia de la batería podría ponerse en compromiso perdiendo energía llegando incluso al malfuncionamiento de la misma. Además, una característica de este módulo es que viene en conjunto con el control electrónico del MGU-K y MGU-H, lo cual simplifica mucho el tamaño y el peso de este respecto a otros riveles, los cuales emplean dos módulos aumentando ostensiblemente el tamaño debajo del tanque de gasolina.

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Como ya se ha explicado, los chicos de Woking han continuado con su recogida de datos. En esta ocasión han instalado pequeñas parrillas de sensores en los laterales del suelo creando un mapa de presión del aire que penetra en cada tubo pitot y que dibuja un mapa de presiones que da una idea al aerodinamista de cómo circula llega el flujo de aire a esta zona del suelo. Además, la colocación de dicha parrilla en esta región se centra en estudiar también las perturbaciones que pueda ocasionar el neumático delantero y que es un parámetro más a calibrar a la hora de implementar nuevas soluciones.

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La parafina también ha dibujado el comportamiento del flujo en el nuevo difusor del McLaren estrenado en China y utilizado únicamente por Jenson Button. En esta ocasión, Fernando Alonso ha sido el encargado de probarlo, ya que el inglés tenía problemas en su propulsor que le obligaban a resguardarse del sol en su garaje en la primera sesión. Un difusor que presenta un perfil más continuo con unas aletas inferiores más alargadas. Esto busca retrasar la expansión de upwash que conecta el flujo del difusor con el alerón trasero creando carga aerodinámica y agarre aerodinámico en la parte trasera del McLaren.

En la imagen se aprecia cómo el flujo llega a la zona del gurney flap superior y se agrupa con una sentido bastante equilibrado en las líneas que dibuja el aceite viscoso. A su vez, en el borde de ataque del endplate se comprueba cómo el flujo interactúa con los pequeños flaps que recorren diagonalmente ascendiendo esta placa vertical alimentando toda la diferencia de presión y peso sobre el tren trasero.

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En la imagen térmica que nos dejaron los Libres 2 se puede apreciar este efecto, denominado upwash, en la columna de humo del tubo de escape (cuando se incorpora el Monkey Seat, este suceso se acusa ostensiblemente más) llegando a calentar la parte inferior del plano principal del ala trasero, lo cual no es del todo deseable ya que está calentando en exceso el plano pudiendo hacer perder rendimiento de carga en este ala.

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Este fin de semana se ha podido observar en gran plenitud la unidad de potencia Honda. Pese a estar bastante explicada y estudiada desde comienzos de temporada, lo cierto es que se han añadido imágenes más claras de la disposición del propulsor turbo híbrido del motorista nipón.

Gracias al espía Albert Fabrega durante la noche del viernes pudimos confirmar la instalación separada de la turbina y el compresor en el RA615H al estilo Mercedes. Prueba de ello es la entrada inferior de aire en el airbox (cian) que su cometido no es más que introducir aire al compresor, el cual está colocado en la parte delantera del bloque e interior en la V.

Los primeros indicios hablan de un compresor axial o mixto, cuyo diámetro menor al centrífugo permitiría su instalación en esta zona del motor aun aumentando la temperatura de trabajo del mismo. Se denominan axiales porque el flujo que circula por el compresor lo hace en paralelo al eje de rotación y al cigüeñal. La ventaja que demuestra este compresor es la menor fricción y mayor volumen de aire a ser comprimido, aunque para su correcto funcionamiento disponen de varias etapas según la presión con la que se quiera operar. Cada etapa del compresor está formada por una fila de álabes o hélicas fijas con un perfil aerodinámico o estator unido a la carcasa, cuyo objetivo es canalizar el flujo de aire en la dirección deseada y una etapa de álabes móviles unidos a un disco o eje llamado rotor. Para separar una etapa de otra es necesario colocar un espaciador donde se alojará un estator.

El aire al pasar por el rotor se acelera pero al llegar al estator se vuelva a frenar por efecto Venturi convirtiendo la energía cinética en presión. Ocurre por lo tanto un proceso de difusión. Este proceso se desarrolla a lo largo de todas las etapas que componen el compresor alcanzando un nivel de presión que uno tipo centrífugo no lograría. A través de cada etapa el aumento de presión es muy pequeño, entre 1:1,15 y 1:1,35. La razón que motiva tan pequeño aumento de presión es que si se desea evitar el desprendimiento de la capa límite y la consiguiente entrada en pérdida aerodinámica de los álabes, el régimen de difusión y el ángulo de incidencia deben mantenerse dentro de ciertos límites. La pequeña elevación de presión en cada etapa, junto con la trayectoria uniforme del flujo de aire, contribuye a lograr la alta eficiencia del compresor axial.

Sin embargo, el artículo 5.1.6 del reglamento técnico cita que la presión de carga se ha de realizar por un compresor de una sola etapa unida a la turbina, también, de única etapa. Esto hace que la instalación del compresor axial quede en duda debido a que para su óptimo funcionamiento es necesaria más de una etapa. No obstante, el mercado donde más se utilizan este tipo de dispositivos es en aviación, donde es más característico un solo ciclo, por lo que es descabellada su utilización debido a la limitación del flujo de combustible. Con la limitación, el compresor axial no podría alcanzar su pico de rendimiento, por lo que todo podría apuntar a un monociclo que alcance el rendimiento de un radial con un tamaño más pequeño que éste, con la consecuente reducción del espacio requerido para su instalación.

Por otro lado, la marca Honeywell ha desarrollado la tecnología dualboost. Esta tecnología viene marcada por ser un compresor radial de doble salida en lugar de una única salida, manteniendo el principio monofásico a la par que reduce el tamaño del compresor de forma que pueda acoplarse a la perfección al diámetro que permite el motor.

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Continuando el camino marcado, el aire comprimido por el compresor sale disparado por la tubería (verde) bañada en pan de oro con el fin de no verse afetado por el calor hacia el intercooler aire/aire donde se enfriará buscando la eficiencia energética y mejor mezcla de combustión en las cámaras de combustión del motor. La adición de aislante térmico a esta tubería hace que el tamaño del intercooler no aumente debido a las altas temperaturas que enfriar. Este intercooler (naranja) no utiliza camisas de agua debido a su gran tamaño (si fuera aire/agua reduciría considerablemente su tamaño debido a que no necesita tanta cantidad de aire para enfriar el baño de agua en su interior), pero que busca aprovechar la organización que Honda quiere imprimir a su grupo propulsor para diseñar pontones más pequeños.

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Este aire frío se impulsa a través de una tubería pareja a la anterior (amarillo) hacia las trompetas de admisión alojadas en la caja de admisión (roja)de aire fabricada en aluminio (el motivo por el cual no se fabrica en fibra de carbono no están claros) en el que se mezclará con el combustible formando la mezcla que explotará provocando energía que mueva el motor. Dichas trompetas forman un ángulo de 90 grados permitiendo que las válvulas sean variables haciendo esta caja más baja con un centro de gravedad más bajo. A su vez, esta explosión generará unos gases que saldrán a través de las válvulas del cilindro hacia los colectores (rojo) que están colocados de forma lineal, agrupados, para potenciar la eficiencia del turbo debido a un menor recorrido de los mismos. Una turbina que se sitúa en la parte más posterior, más pegada a la salida del tubo de escape donde también se encontrará con la válvula de escape de gases calientes finalizando el trayecto de combustión.

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Cabe añadir que, aunque no se ha visto en imágenes, el motor térmico (MGU-H) está colocado justo antes que la turbina, en el centro de la V que forman los cilindros y, debido a lo compacto de la zona, sufre de grandes temperaturas debido a la poca refrigeración que tiene este motor por el poco aire superior que le llega.

Un aire superior proveniente del radiador superior al airbox. El airbox cuenta con dos canalizaciones: la inferior que va al compresor y la de dicho radiador (verde) del sistema eléctrico (ERS). A este radiador se le suma un pequeño radiador superior que se limita a enfriar el aceite de la caja de cambios, cuya colocación trasciende a la parte posterior de la turbina, justo al lado de la carcasa del cambio, a través de las dos pequeñas tuberías (morado) que luce en los laterales.

Continuando con la explicación del esquema que marca Honda, el pontón derecho es el que aloja el intercooler aire/aire (naranja) ilustrado con anterioridad. Como se pudo constatar durante la pretemporada el pontón derecho destacaba del izquierdo por estar dividido. Por este motivo en el pontón se distingue otro pequeño radiador en la parte superior del mismo (rojo) que se caracteriza por enfriar los componentes electrónicos que sufren de mayor temperatura en el empaquetado del MP4-30 a través de dos pequeñas tuberías (morado) que conducen el aire frío a través de ellas continuamente.

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En último lugar, y ante la ausencia de imágenes del motor cinético (MGU-K), el pontón derecho dibuja una ilustración bien diferente aunque bastante similar. En este pontón predomina un gran radiador (cian) que se acuesta sobre toda la superficie y que prioriza la refrigeración del motor y cárter seco del aceite también a través de dos pequeñas tuberías (morado) que se dirigen a la parte inferior y se distribuye por los diferentes componentes del propulsor japonés. Además, el radiador también sirve para enfriar ligeramente el tanque de agua que bebe el piloto durante la carrera mediante un conducto más amplio (naranja).

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Toda esta arquitectura que se diferencia del resto de motorista eleva sustancialmente el centro de gravedad al instalar grande parte del bloque en la línea central del coche que se ve compensado con un reparto de pesos más fino en la zona delantera, y que sin duda el peso en el eje trasero será mucho mayor que en el delantero. El objetivo de lo explicado es abrir todo el hueco posible para un paso de flujo mucho mayor que el resto de equipos en la zona central del difusor a través de unos pontones laterales más estrechos que la competencia. En resumidas cuentas, llevar el diseño de Red Bull a su máximo extremo con un motor distinto.

Gracias a las imágenes cedidas por Racecar Engineering se puede atisbar con cierta dificultad el MGU-K (amarillo) de Honda, el cual de manera más convencional se sitúa bajo el banco de cilindros en la parte izquierda del motor con un cableado (morado) mucho menor hacia la batería, lo cual es lo idóneo en este tipo de instalaciones. La idea no es otra que compactar la zona a pesar de las temperaturas.

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