Análisis Técnico – Arquitectura de las Power Unit 2016

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Tercera iteración de las actuales y conocidas unidades de potencia turbo V6 híbridas. 2014 marcó el inicio de una nueva era tecnológica en la Fórmula 1. La FIA instauró una nueva normativa relativa a los sistemas de transmisión de los actuales monoplazas de la máxima categoría del automovilismo, regida se rigen nuevos propulsores híbridos. Estos nuevos motores obligaban a decir adiós a los congelados V8 atmosféricos para dar paso a nuevas arquitecturas V6 turbo con el añadido de propulsión eléctrica gracias a dos nuevos generadores de energía (ERS, Sistemas de Recuperación de Energía):

  • MGU-K: motor generador de energía cinética y sucesor del conocido KERS. Encargado de convertir la energía cinética de los frenos traseros en energía eléctrica mediante el sistema brake by wire, en la que parte de la frenada (no toda) es utilizada. Se diferencia del KERS en la mayor energía disponible y generada, así como la duración (33 segundos a máximo régimen) de despliegue sobre el cigüeñal del motor endotérmico.
  • MGU-H: motor generador de energía térmica y que utiliza la energía cinética del giro del eje que une la turbina (que se mueve por los gases calientes que se expulsan al exterior) y el compresor para alimentar al conjunto del turbocompresor, reduciendo la respuesta del turbo, conocida como turbo lag. También es capaz de almacenar la energía eléctrica generada en baterías, nutrir directamente al MGU-K con su propia energía e incluso proporcionar electricidad a través del MGU-K a elementos auxiliares del motor, como son los distintos componentes electrónicos que adornan la zona de los pontones y colindantes.

Previo a entrar en materia de análisis de las arquitecturas actuales de los principales motoristas, hay que definir y estudiar distintos conceptos complejos que surgen por la instauración de la nueva normativa, además de nuevos elementos que han ido desarrollándose con el paso del tiempo.

En primer lugar, en el campo de las cargas eléctricas, hay que comprender que la energía que puede ser desplegada por el MGU-K (120kW ó 160bhp) al cigüeñal del motor endotérmico se puede recaudar de 3 formas distintas:

  • El sistema tradicional del brake by wire ejecutado por el propio MGU-K, con tan solo 2MJ de energía recuperada por vuelta estipulado por el reglamento técnico.
  • La energía almacenada en las baterías (máximo hasta 4MJ por vuelta), con ciertas pérdidas de energía al convertir la corriente continua de las baterías en la alterna del MGU-K – energía ilimitada.
  • A través del MGU-H (sin límite), sin pérdidas de energía al trabajar ambos generadores, tanto cinético (K) como térmico (H), con corriente alterna – energía ilimitada.
Diagrama del flujo de energía. Ver para comprender toda la explicación al completo.

Diagrama del flujo de energía. Ver para comprender toda la explicación al completo.

Un error común en esto de la energía, es que pensar que solo se dispone de 33 segundos de energía eléctrica por parte del MGU-K por vuelta. Esta corriente es errónea ya que para gastar los 4MJ de energía máxima disponible en cada vuelta, debería hacerse uso de 121kJ aproximadamente de energía máxima instantánea por segundo, lo cual es complicado dado que el MGU-K solo funciona a partir de 100km/h, y que en todo el circuito existen distintas velocidades de paso (además del software que regula el uso de energía), por lo que la duración en tiempo de esta energía se extiende más allá del límite a máximo régimen.

Para comprender un poco más la incidencia en rendimiento y eficiencia, basta observar la siguiente tabla con gráfico de datos de los niveles de energía recuperados por el MGU-K y MGU-H durante la actual temporada 2016 proporcionados por Magneti Marelli:

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Datos de recuperación de energía por vuelta durante 2016 proporcionados por Magneti Marelli.

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Gráfico con los datos de recuperación de energía del MGU-K y MGU-H por vuelta proporcionados por Magneti Marelli.

Otro de los conceptos vitales a la hora de analizar las principales arquitecturas de los fabricantes y como parte del encanto de las plantas de energía se basa en la tan usada ‘eficiencia‘. Los principales motoristas junto con sus suministradores de equipo técnico deben desarrollar una tecnología de vanguardia que equilibre el máximo rendimiento en todo momento por parte del propulsor endotérmico y sistemas híbridos con ahorro de carburante dentro de los límites establecidos que marca la normativa en este aspecto: 100kg/h de flujo de combustible y 100kg a la hora de consumo.

Diversos rumores se han ido desatando desde 2015 sobre la utilización del sistema HCCI (Carga Homogénea de Encendido por Compresión) y TJI (Chorro de Ignición Turbulenta) en los motores Mercedes y Ferrari, mientras que Honda y Renault aún quedan pendientes de su introducción de sus respectivos V6 turbo. Recientemente, Fred Turk (director de Mahle Motorsport) confirmó  que el fabricante con sede en Stuttgart ha colaborado estrechamente con la escudería italiana en el desarrollo de dicho sistema de ignición en sus motores en el Gran Premio de Canadá 2015. Además, también se reveló que Mercedes disfruta de los beneficios de dicho sistema desde 2014, cuando ingenieros de Cosworth comenzaron a madurar el concepto antes de separarse, aunque de propia construcción denominado Hyboost (mezcla ultra fina de tecnología GDI desarrollado por Ricardo y Petronas).

Cabe añadir, antes de definir el concepto de TJI, que el sistema HCCI sería ilegal bajo la actual normativa debido a que en dicho sistema autoinflama la mezcla de aire y combustible mediante compresión fuera de la cámara de combustión y no utilizando las bujías, como dicta el Artículo 5.11.1 del reglamento técnico. Esta detonación, junto con un punto de encendido muy preciso y alto ratio de compresión, haría bastante más complejo su aprovechamiento en los actuales motores de gasolina bajo actual normativa, aunque no descartable en un futuro próximo.

El sistema de encendido por chorro (TJI) es una nueva tecnología de combustión patentada en 2011, que viene a sustituir a la convencional bujía en los motores de encendido por chispa (atmosféricos o turbocargados) con la introducción de una cámara preparada para el chorro utilizado para la ignición. Facilita la combustión con una mezcla ultra pobre en riqueza en motores de gasolina que mejora la eficiencia y reduce la formación de contaminantes como óxido de nitrógeno y diversas partículas.

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Una de las principales ventajas de este sistema es que, en función del diseño de la culata de los cilindros, el encendido por chorro puede tratarse de una gota que reemplace a la bujía, aunque queda descartado nuevamente por el Artículo 5.11.1 que obliga a utilizar una bobina de encendido y al menos una bujía por cilindro (hasta 5 en un cilindro por ciclo).

El mecanismo TJI incluye una pequeña cámara de combustión con un inyector directo que provee una pequeña cantidad de carburante (hasta un 4% del total) y una bujía que incendie la carga. La cámara de encendido está conectada a la cámara de combustión principal por una serie de orificios que permiten que los chorros parcialmente quemados inflamen la carga principal. Tal tamaño del orificio crea en una turbulencia en los chorros calientes que penetran finalmente en la cámara de combustión causando un efecto de encendido uniformemente distribuido. La cámara principal, por su parte, también es alimentada por un puerto de inyección directa normal para surtir de carburante.

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Distintas configuraciones de la boquilla.

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Chorros vertidos en la cámara de combustión principal.

Cuenta con alrededor de unos 6 orificios en la boquilla, dependiendo de la aplicación que lanzan los chorros a la carga principal extendiéndose rápidamente generándose una acumulación de presión (3.5 bares de presión media efectiva indicada). Este proceso aumenta el ratio de compresión aumentando en unos 4 puntos (hasta 10.4 o 14:1 según Mahle) según la aplicación, combinado con temperaturas de combustión más bajas y reducción de pérdida en aceleración y bombeo que alcanzan picos de eficiencia térmica de hasta el 45% según Mahle. Mercedes, por su parte, ha reportado alcanzar hasta el 48% de eficiencia térmica pero de la unidad de potencia al completo.

Mahle ha probado con distintos prototipos (2 tipos de geometría TJI y 11 variaciones de boquillas) en bancos de pruebas visuales con motores de un solo cilindro encontrando un aumento de la eficiencia en más de un 17% de encendido por chispa y un 30% de ahorro en combustible gracias a un proceso de duración más larga. Y en última instancia, aunque menos relevante para la Fórmula 1 y los equipos, una reducción en un 99% de las emisiones de NOx gracias a este sistema, que sí resulta de mayor interés en el mercado de la automoción.

En el vídeo no se muestra la tecnología TJI que emplea Mahle en sus diseños o el concepto para Ferrari. No obstante, muestra una idea similar a la precámara de combustión desarrollada por MAN para visualizar conceptos.

Para permitir el desarrollo de los motores, evitando un sobrecoste de los mismos y, en una primera idea, que ningún motorista se quede rezagado en una Fórmula 1 dominada por los motores más que por la aerodinámica, la FIA impuso un sistema de tokens o fichas en 2014. Un sistema de tokens que tiene sus días contados en 2017 con el nuevo reglamento, ya que éste elimina dicho sistema permitiendo un libre desarrollo de los propulsores con una limitación de 4 motores por año pasando a ser solo 3 por piloto/año en 2018. Esta limitación busca que fabricantes como Renault y Honda se pongan al día con mayor rapidez respecto a sus principales competidores Ferrari y Mercedes, pero restringiendo el sobrecoste que supondría introducir una unidad completamente rediseñada en cada Gran Premio, por lo que supone una modificación positiva en el reglamento de constructores.

Pero volviendo a 2016, estas unidades de potencia o, dicho de otro modo, conjunto de 6 partes en los que se divide un motor de Fórmula 1 actual, compuesto de motor de combustión, turbocompresor, MGU-K, MGU-H, baterías de almacenamiento de energía y centralitas de control electrónico que coordina el funcionamiento de toda la unidad, se pesan en un total de 66 tokens. Cada parte de las 6 piezas mencionadas se subdividen en subpartes que, según la importancia que tengan en el conjunto, se les da un peso específico que variará entre 1 y 3 tokens cada uno. En total hay 42 componentes ponderados de manera diferente y de la siguiente manera:
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Tal y como se detalla en el reglamento técnico de 2016, desaparecen las partes congeladas del motor, por lo que en la tabla de tokens asignados por función en la unidad de potencia desaparecen las zonas negras que incrementaban en número por año en la normativa hasta 2020. Además, la Tabla 2 del reglamento estipula que nuevamente se pueden  llegar a utilizar hasta 32 tokens de 66 disponibles durante todo el año, lo que incluye invierno y transcurso de la temporada:

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Con todo esto, cada uno de los motoristas llegaba a Australia con la siguiente lista de fichas gastadas durante el desarrollo invernal y los tokens restantes a servir a gusto de cada fabricante durante el año:

Mercedes: 19 de 32 tokens (13 restantes)

Ferrari: 23 de 32 tokens (9 restantes)

Renault: 7 de 32 tokens (25 restantes)

Honda: 18 de 32 tokens (14 restantes)

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Como última idea, como parte de la nueva reglamentación técnica de 2016, una de las intenciones de la FIA era la de incrementar el ruido de los motores. Esto se ha traducido en incorporar 1 o 2 escapes adicionales con diferentes tamaños por cada válvula de descarga de la turbina con el fin de eliminar, en parte, la limitación de sonido que ofrece un solo tubo de escape cuando las válvulas wastegates abiertas a plena potencia (generalmente el tan famoso modo de clasificación) por exceso de gases que ronda entre un 20-25% más de sonido y un 14% cuando está cerrada debido al progreso del grupo motriz.

La función de la válvula de descarga o alivio es evitar problemas o futuras averías del turbo. Esto sucede en los momentos en los que la mariposa de admisión está cerrada y no admite la entrada de aire pero el turbo sigue girando por su propia inercia dando sobrepresión. Por ejemplo en los cambios de marcha de un coche de calle, al soltar el acelerador para desembragar el motor, la mariposa se cierra impidiendo el paso al aire dentro del cuerpo de admisión, donde se provoca una depresión causada por el movimiento de los cilindros. En este momento, el turbo sigue girando por su propia inercia, emitiendo flujo de aire por encima de la presión atmosférica. Al no tener por donde salir, este aire se bloquea en el tramo entre el turbo y el cuerpo de la mariposa creando una sobrepresión en este conducto. Esta sobrepresión también se ejerce sobre la turbina, lo que provoca una fuerza inversa al movimiento del turbo pudiendo dañar las aspas de éste.

Pasa solventar dicho problema se instalan estas válvulas de alivio, el cual es un mecanismo que libera la mencionada sobrepresión. La válvula se instala entre el turbocompresor y la mariposa, con una toma de vacío al cuerpo de admisión, es decir, tras la mariposa, para poder detectar la diferencia de presión entre el colector de admisión y el conducto donde está alojada. Mientras la mariposa este abierta, habrá igualdad de depresión en ambos conductos, (antes y después de la mariposa) ya que el aire circula libremente. Una vez la mariposa se cierre, tras ella se crea una depresión, mientras que en el tubo de admisión (que va antes de la mariposa) puede generarse presión por el giro de las aspas del turbo. La válvula de descarga, al tener una toma de vacío tras la mariposa, y por otro lado recibir presión, genera una diferencia que empuja el pistón o la válvula de membrana interna, abriéndose de forma que escape este aire presurizado, ya sea al exterior o de nuevo al circuito en el caso de las válvulas de by-pass (que no se utilizan en este caso).

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Como reseña, cualquiera podría pensar que una mayor cantidad de gases podría ser dedicado a acentuar el beneficio aerodinámico en Monkey Seat y ala trasera, sin embargo, y tal y como se ha explicado al comienzo, el MGU-H ocupa parte del tiempo de uso de los gases de escape en ciclo de calor, por lo que las ganancias son mínimas en este apartado.

Mercedes-Benz PU106C Hybrid

Mercedes W07 Hybrid

La tercera versión de la generación del propulsor que hasta ahora ha dominado en su práctica totalidad los campeonatos desde que dio comienzo la era turbo híbrida centra sus mejoras en la eficiencia. Con el tercer año del vigente reglamento el tren de transmisión llega al punto óptimo en cuestiones de energía eléctrica, por lo que los fabricantes más punteros tratan de sacar beneficios de la parte endotérmica usando la mayoría de tokens en evolucionar y desarrollar tanto motor de combustión como grupo turbocompresor.

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Por ello, al menos hasta 10 tokens han ido a parar al incremento del tamaño turbocompresor (4) que sigue la idea de separación fuera de la V del motor, una actualización de las cámaras de combustión (3) y una evolución del sistema de admisión, incluyendo trompetas, plénum (amarillo), accionamientos, aceleradores y colindantes (3).

La refrigeración es un aspecto en el que la marca de la estrella trabajó bastante el curso pasado, por esta razón, es algo bastante cuidado en esta nueva iteración con distintos radiadores sembrados a lo largo y ancho de la unidad. Asimetría de refrigeración en ambos pontones con un radiador de aire (naranja), encargado de nutrir al intercooler aire/agua de la temperatura óptima de funcionamiento, en el pontón izquierdo más grande, aunque con espacio suficiente para albergar un intercambiador de calor (verde oscuro) para el ERS-K en la parte inferior. Este radiador en color naranja se inclina sobre la horizontal para permitir una doble función: además de enfriar el intercooler, se destina a optimizar la temperatura de la electrónica escondida bajo una carcasa más grande en el pontón (1 token).

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Exteriormente, la toma de admisión del motor es una de las partes del monoplaza que más ha llamado la atención visualmente, por lo que interiormente no iba a dejar de ser curioso. Mercedes ha dividido en 3 secciones de considerable tamaño tanto la admisión del motor (azul) como los conductos responsables de facilitar aire frío (verde agua) al intercambiador del ERS-H y ERS-K (verde oscuro), lo que supone 1 token a lo explicado antes del MGU-K.

Con el transcurrir de la temporada se han conocido detalles de actualizaciones por fiabilidad que ha ido ejecutando Mercedes sobre su unidad motriz. Una de estas actualizaciones ha venido de la mano del turbo y MGU-H, cuya defecto se detectó en varias unidades de Lewis Hamilton a inicios de temporada por fallos en el aislamiento del MGU-H y restos en el sistema de aceite del turbo. Otra de estas actualizaciones ha ido enfocada a mejorar el sistema de inyección de combustible sin especificar en concreto a qué elemento se ha hecho referencia (bombas de combustible, inyectores, mangueras, etc), pero lo que sí sugiere dicha evolución es la utilización de 2 tokens para actualizar la especificación manejada en 2015 aprovechando la tecnología TJI introducida en 2014 para incrementar la presión en los inyectores, y en definitiva, las prestaciones de una unidad que presume de rondar los 900-1000cv de potencia.

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En última instancia, para cumplir con la normativa del incremento de sonido, el motorista alemán, ha procurado usar 2 escapes adicionales, uno por válvula de alivio justo por encima de la turbina (tapones rojos más pequeños) y descendiendo hasta unirse por debajo de la salida tradicional del tubo de escape (el tapón rojo más grande marca el nacimiento del mismo).

Siendo el motorista que más secretos guarda en las evoluciones que realiza durante el año, es conocido que la marca alemana empleó 5 tokens en actualizar la zona de la cámara de combustión (3) y turbo (2) en el Gran Premio de Bélgica después del parón veraniego. Por todo esto, Mercedes únicamente dispone de 6 tokens para lo que resta de temporada.

Williams FW38 Mercedes

La tercera iteración de los motores Mercedes cliente apenas sufren variaciones respecto a la temporada pasada, con la salvedad de las novedades introducidas en electrónica, turbocompresor, motor de combustión y válvulas de descarga. Como curiosidad añadida, probablemente el esquema de los equipos cliente sufra una remodelación completa, ya que el reglamento técnico del próximo año obliga a utilizar los mismos componentes de la unidad de potencia al completo, fomentando la igualdad entre escudería cliente y casa madre, no así en relación al software de control electrónico.

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En este caso el FW38, mantiene su especificación de intercooler aire/aire (cian) en el pontón izquierdo alimentando con aire frío (unos 90ºC) un plénum (amarillo) que, anteriormente comentado, sugiere la actualización de la geometría de los trompetas de admisión variable, además de enfriar el MGU-K. En lo que respecta a refrigeración, los chicos de Grove continúan sin incorporar un radiador posterior del ERS-H y ERS-K como la inmensa mayoría de escuadras consumen en sus unidades en búsqueda de mejorar los niveles de temperatura interna, para así compensar el mayor peso con pontones más reducidos que beneficie a la aerodinámica (más downforce y menos drag).

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Asimismo, permanecen prácticamente intactos los intercambiadores de calor de la electrónica (verde en pontón izquierdo), así como del motor, aceite (verde oscuro en la zona alta del pontón derecho), ERS y caja de cambios (verde más oscuro en la zona baja), únicamente con leves cambios en manguitos de refrigeración.

Force India VJM09 Mercedes

El equipo con base en Silverstone también se sirve de la nueva actualización del motor Mercedes. A diferencia de Williams y Manor, el VJM09 sólo coloca el intercooler aire/aire en el pontón izquierdo, aunque cierta parte del aire empleado para enfriar el aire comprimido utilizado en la mezcla se consume en rebajar la temperatura del MGU-K en la cara izquierda del propulsor.

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Gozando de una unidad altamente fiable, con unos niveles de refrigeración excelentes que permiten montar cubiertas motor notablemente estrechas, Force India ha aprovechado las bondades de su motor alemán para reducir el tamaño no solo de las tomas de aire (verde agua) sino también del intercambiador de calor empleado para el ERS-H y ERS-K (verde oscuro).

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Esto ha forzado que parte de la refrigeración pase al pontón derecho, con la disposición de 2 radiadores, uno en la cima del sidepod para el motor, aceite y electrónica (verde oscuro) y otro en la zona más baja del mismo para caja de cambios, aceite y ERS-H (verde más oscuro).

Manor MRT05 Mercedes

El dinero recaudado en 2014 gracias a los puntos conseguidos del renombrado equipo Marussia han permitido a la hoy denominada Manor sufrir un total rediseño en su monoplaza de 2016 para actualizar el mayor defecto del MR03-B: el tren de transmisión. Con chasis nuevo, aerodinámica en pleno desarrollo, dentro de la limitación que el patrimonio del equipo británico adolece, el MRT05 ha sido capaz de montar un mix de caja de cambios Williams y unidad de potencia Mercedes con resultados ostensiblemente vistos durante la temporada.

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El monoplaza construido en la base de Dinnington intercambia el tortuoso Ferrari Type 059/3 por el todopoderoso Mercedes-Benz PU106C Hybrid, con la salvedad de ser un cliente más, por lo que la arquitectura utilizada por Williams y Force India (y la extinta Lotus en 2015) se mantiene también para su caso, pese a los pensamientos iniciales de convertirsese en un equipo B como ya hiciera Haas con Ferrari, como veremos más adelante. Lo más destacado de una comparativa así es el ahorro de espacio en pontones y cuerpo del monoplaza con fines aerodinámicos, la organización de los elementos para mayor simplificación de trabajo, además de las prestaciones ofrecidas por la propia unidad a diferencia de las grandes longitudes de ciclo frío y calor que ha de recorrer en su predecesor para extraer rendimiento.

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No obstante, existen diferencias entre el organigrama seguido por cada uno de los equipos clientes, únicamente guiados por los conceptos de cada uno de sus monoplazas en el diseño inicial. En el caso de Manor la refrigeración difiere de Williams y Force India en tema de disposición de radiadores, con la escuadra de Dinnington montando el intercooler aire/aire en el pontón izquierdo (cian) e intercambiador de de calor para los componentes electrónicos (verde claro) tal y como emplean los chicos de Grove, con un radiador enorme (verde oscuro) para aceite y motor en la zona derecha del MRT05 a diferencia de sus homólogos. En común con los de Silverstone, incluyen un radiador del ERS-H y ERS-K (verde muy oscuro) en la región posterior.

Ferrari 061

Ferrari SF16-H

El primer año del motorista italiano fue para olvidar. Numerosos problemas de diseño en favor de una aerodinámica que no es plato fuerte de la Scuderia desde hace años, una falta de compresión del funcionamiento de las unidades de potencia les lastraba en un año 2014 en el que el desarrollo estaba completamente congelado, a excepción de la fiabilidad, la cual se explotó hasta la extenuación para poder mejorar constantemente estos novedosos centros de alimentación. 2015 supuso un paso adelante en cuestiones de eficiencia y prestaciones. En Maranello comprendieron rápidamente que copiar el diseño de Mercedes era imposible, por lo que decidieron apostar por una idea que si bien no era la mejor, pero tenía sus ventajas con mucho margen de mejora.

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El Ferrari 061 ha dado un paso más allá para intentar dar caza a la casa germana. Una vez que se han alcanzado cotas de rendimiento similares, los italianos no han escatimado en rediseñar en su práctica totalidad la unidad. Hasta 23 tokens se han utilizado durante el invierno para mejorar combustión (3) y admisión (3) con una toma de aire (azul) que alberga una cantidad de espacio importante para la cámara plénum (amarillo) mucho más grande y visible que aloja las trompetas de admisión variable en su interior.

Ferrari es el último equipo que las incorpora en su diseño desde que en 2015 se abriese la veda para su utilización, en orden de mejorar el régimen motor en el amplio rango de velocidades según longitud de la trompeta a la válvula. Además se recoloca y actualiza la turbina (2, naranja) justo al lado del compresor (añil), similar al planteamiento de Renault, habilitando la separación de las válvulas de descarga de la turbina por cada colector con 2 escapes adicionales (marrón claro); así como colectores de escape coloreados en rojo (1) acorde a los cambios ejecutados en el turbo.

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La parte híbrida no sufre demasiados cambios a nivel de rendimiento, pero sí una reorganización para favorecer, ahora sí, la aerodinámica en la zaga del SF16-H con una Coca Cola más estrecha. Se reubica y actualiza MGU-H (2) y MGU-K (2) con su correspondiente cableado (1), centralitas de control (4) y refrigeración (1). La refrigeración es un aspecto que en Ferrari también han cuidado y trabajado bastante de un año para otro. Lo más destacado es la introducción de un nuevo intercooler aire/aire en la parte posterior (cian) que toma el aire comprimido a mayor temperatura del compresor, donde la mayoría de equipos suelen integrar un intercambiador de calor para el ERS, responsable de proporcionar aire frío a través de los manguitos (morado) a un reformado intercooler aire/agua (además de ERS-H) que sale de la V del motor para colocarse al lado del tanque de aceite cediendo espacio al plénum y sus trompetas de admisión.

Los radiadores en los pontones mantienen las ondulaciones que en 2015 les dio a los chicos de Maranello también buenos resultados en refrigeración manteniendo la entradas adicionales en el cuerpo del pontón. No obstante, los intercambiadores de calor abdican en recostarse sobre el mismo para una zaga muy estrecha que ayuda una caja de cambios ostensiblemente levantada del suelo. En esta ocasión, la idea es colocar los radiadores más pequeños encargados de enfriar electrónica, actuadores hidráulicos y fluidos (verde claro en pontón derecho) y MGU-K y componentes menores (verde oscuro en pontón izquierdo). Los enfriadores superiores se dejan para motor, aceite y caja de cambios. Todos estos cambios no solo surgen como necesidad de conseguir beneficios aerodinámicos, sino también como búsqueda de una mejor eficiencia en combustión con temperaturas más frías y niveles de refrigeración óptimos en un empaquetamiento más estrecho.

Recientemente se ha notificado el gasto de tokens por parte del equipo ítalo en el Gran Premio de Rusia, con la utilización de 3 tokens empleados en las cámaras de combustión. En el Gran Premio de Canadá, Ferrari introdujo una serie de modificaciones sobre el compresor (2 tokens) y turbina (fiabilidad) para corregir y mejorar errores de eficiencia debido a un turbo sobredimensionado que les forzada a girar los rotores a un régimen más alto del posible.

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Esta falla propiciaba el desgaste prematuro de energía por parte del MGU-H además del tan mencionado ‘clipping‘, que no es más que pérdida de velocidad no solo por la reducción de potencia desplegada por parte del sistema híbrido, sino también al tener que rendir a menor velocidad de giro por minuto en la turbina evitando así problemas de rotura. Dicha actualización de la turbina ha dado como resultado un nuevo radiador en forma de cuña (verde) justo al lado del intercooler aire/aire con los manguitos ajustados entre intercambiador y conducto de aire para enfriar de forma óptima el aceite del turbo.

En el Gran Premio de Austria se introdujo un nuevo árbol de levas al motor de combustión (1 token) para finalmente actualizar la cámara de combustión (3 tokens) en Italia. Por todo esto, Ferrari ya no dispone de tokens para usar en lo que resta de año, por lo que los chicos de Maranello han de centrarse en su totalidad en la unidad de potencia del año que viene.

Haas VF-16

El equipo americano entra como nueva figura de este 2016 en estrecha colaboración con Ferrari. La escuadra liderada por Gene Haas y Guenther Steiner ha unido lazos con la escudería italiana para proporcionarles equipo y material técnico para sus instalaciones a cambio de poder utilizar las propias del equipo rojo con sede en Maranello. Esto se ha traducido en un monoplaza notablemente similar al SF15-T/SF16-H en el apartado aerodinámico con chasis Dallara/Haas y muchas de las partes mecánicas que el reglamento permite comprar a clientes incluidas en el VF-16.

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Aunque no existe precedente en esta era turbo híbrida con la que comparar, el monoplaza estadounidense nos deja una estampa mucho más clara de la unidad de potencia Ferrari, con todo lo comentado anteriormente fielmente reflejado en el corazón del Haas VF-16, incluyendo refrigeración, cuyo campo no viene restringido por reglamento y queda a juicio y obra del equipo en cuestión. Como cliente, tanto Haas como Sauber recibirán las actualizaciones de la casa madre varios Grandes Premios más tarde, cuando Ferrari disponga de suficientes unidades de repuesto para su SF16-H y sea capaz de suplir también a sus consumidores.

Sauber C35 Ferrari

El monoplaza de Hinwil pasa a ser el tercer equipo cliente en discordia de la escuadra ferrarista. Con la tercera iteración del propulsor italiano montado a lomos del C35, el bólido azul ha dado un salto de calidad aparente en este apartado, aunque la anticuada aerodinámica y mecánica les haga perder todo tipo de opciones en parrilla.

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El esquema empleado en Sauber difiere ligeramente del utilizado por Haas y Ferrari en el ámbito de refrigeración, pero es algo que siempre va ligado a las necesidades del cliente y el concepto aerodinámico del monoplaza. Sauber también utiliza el doble intercooler innovador de Ferrari para este 2016, aunque las diferencias vienen únicamente por los radiadores colocados en ambos pontones.

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El intercooler aire/aire permite eliminar el radiador de aire dedicado a enfriar la camisa de agua del intercooler aire/agua de la V que ha pasado al tanque de carburante (también responsable del ERS-H y caja de cambios), por lo que se ha dedicado el espacio a instalar un nuevo intercambiador de calor para cárter, motor, MGU-K, mientras que se conserva espacio para un radiador más grandes destinado a componentes electrónicos en la parte superior de pontón izquierdo y derecho.

Toro Rosso STR11

Toro Rosso es el segundo equipo de tres en esta campaña 2016 que sufre una profunda revisión en el núcleo de su monoplaza. El equipo de Faenza ha tenido la dura labor de pasar de la unidad Renault 2015 a la Ferrari 2015 para su monoplaza 2016, con todo lo que ello conlleva: radiadores nuevos, distancia entre ejes, aerodinámica, colectores, centro de masas, motor, caja de cambios, suspensiones y un largo etcétera para llegar a tiempo en solo 3 meses de duro trabajo. Pero este esfuerzo no queda aquí, ya que con la llegada del nuevo reglamento 2017, Toro Rosso volverá a montar motores Renault, esta vez sí, de la especificación más actualizada del proveedor francés en su STR12 del año próximo.

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Con todo, la escuadra italiana ha minimizado el impacto de un grupo motriz totalmente distinto en configuración y arquitectura conservando ideas similares sobre refrigeración. El STR11 preserva una boca del airbox del mismo tamaño que su predecesor el STR10 aunque con secciones distintas. Esto se ha hecho para dividir el radiador ‘boomerang‘ del aceite del motor y motor (verde oscuro) que incrementa en tamaño, con un cuerpo de admisión (azul) considerablemente más grande que la especificación Renault.

Intercambiadores de calor en similar configuración a la del Ferrari 2015 con electrónica, motor y MGU-K en el pontón izquierdo; electrónica y motor en el pontón derecho; y ERS-H y caja de cambios en un radiador situado a la espalda de la admisión. Además, FIA ha dado permiso a Ferrari para presentar modificaciones específicas a la válvula de descarga de la turbina, que se separa en 2 escapes adicionales contemplando las nuevas normas referente al sonido proveniente de las wastegates. Todo ello sumado con la especificación de la Ferrari Type 059/4.

Cabe recordar que Toro Rosso no dispondrá de actualizaciones en su motor en todo el año: ni a nivel hardware y rara vez de software, combustible y lubricantes Shell. Además, por contrato y reglamento (y sin contar con los enormes cambios en la unidad 2016 que forzarían a construir un coche totalmente nuevo con el despilfarro de dinero que ello supondría), Toro Rosso no recibirá el propulsor 2016 de manos de Ferrari. Misma situación que Manor el año pasado para hacernos a la idea.

Renault R.E.16

Renault R.S.16

El equipo Renault regresa al mundo de la competición como constructor y no solo como proveedor de motores. La tercera generación denominada R.E.16 que comenzó como la Energy F1 2014 se instala únicamente en el propio equipo Renault y Red Bull, con Toro Rosso decantándose por afiliarse con los motores Ferrari. Renault es la tercera escudería que sufre una profunda revisión interna al volver de utilizar propulsores Mercedes a, nuevamente, Renault.

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Renault es el motorista que menos tokens ha utilizado durante el invierno (7) y analizando exteriormente la nueva unidad se atesoran actualizaciones en el sistema de admisión, con plénum (amarillo) y toma de admisión (azul) renovados con menor tamaño (3), lubricación (1), sistema de encendido (1) y cárter (2). Desde la marca francesa claman que los niveles de eficiencia energética prácticamente son óptimos con un 2015 aciago en este apartado y que, gracias a los últimos 11 tokens empleados en 2015 dedicados a mejorar el grupo turbocompresor, han conseguido los objetivos de generación de energía adecuados a Ferrari y Mercedes. Además, Renault es el único equipo, incluso a diferencia de Red Bull, que incluye un único escape adicional con una sola válvula de descarga, por encima del radiador del ERS, cambio y escape principal, que junta ambos colectores colectores de escape por cuestiones de espacio y aerodinámica (algo que probablemente en un futuro cercano desaparezca).

Por esta razón, y con la inestimable ayuda de Mario Illien, se han centrado en mejorar el motor de combustión durante el año, con una mejora sustancial relativa a la combustión (3) en Mónaco, con pistones, válvulas, bobinas de encendido, inyectores, bujías renovados en el que supone un paso hacia la tecnología TJI enfocado a prestaciones y consumo. En Baréin, se notificó el uso de 1 token para una evolución menor del sistema eléctrico.

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En relación al conjunto de radiadores que adornan los pontones y zona del turbo, Renault mantiene el mismo esquema aplicado desde 2014, pero preparado para un chasis Lotus E23 Mercedes, por lo que las formas no son las mejores para conseguir rendimiento. Este esquema se basa en un doble intercooler aire/aire (cian) en la parte baja de ambos pontones con los manguitos (morado) directamente conectadas con el compresor ascendiendo hacia el plénum (amarillo), intercambiadores de calor para electrónica (verde claro) en la cima del pontón izquierdo y motor (verde oscuro) en el derecho, dejando a la espalda de la admisión (azul) el enfriador del ERS-H y caja de cambios.

En el Gran Premio de Singapur, se actualizó el sistema de inyección (3 tokens) nuevamente en el motor de combustión. Por todo esto, Renault dispone aún de 18 tokens para lo que resta de temporada, aunque fuentes del equipo afirman que no se podrán gastar todos al igual que ocurrió la temporada pasada.

Red Bull RB12

La marca austríaca se afianza por tercer año consecutivo con el motor Renault en el corazón del RB12. Este propulsor, apodado Tag-Heuer debido a disputas entre constructor y motorista en 2015, es la misma especificación de la que disfruta el R.S.16 de Renault, tanto parte endotérmica como sistemas híbridos en su totalidad, sin versiones mixtas, ni vías de desarrollo alternativas que por reglamento quedarían tajantemente prohibidas, ya que obligarían a alguna de las partes, en este caso Red Bull y Tag-Heuer a construir su propia unidad de potencia independiente de la de Renault.

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Tal es el caso que sólo bastaría echar un vistazo a ambas unidades en modo comparativa para aseverar que son idénticas a excepción de los modos de refrigeración en ambos monoplazas, que viene de la mano de cada marca en cuestión. Turbo en la zona posterior del V6 con doble intercooler aire/aire en la zona baja de ambos pontones e intercambiadores de calor en la zona alta. Las únicas medidas distintas del Energy F1 2015 respecto del R.E.16 en el RB12 respecto de su predecesor son, además de las evoluciones con tokens en motor, admisión (azul) y plénum (amarillo), manguitos (morado) situadas en laterales distintos del radiador tipo aire/aire y conductos de refrigeración (verde agua) más grandes del ERS y caja de cambios (verde oscuro) justo encima del turbo en la parte posterior.

Honda RA616H

McLaren MP4-31

Segunda iteración del propulsor nipón para la marca británica después de un nefasto primer año. Los japoneses pecaron de confiados al subestimar las nuevas unidades de potencia subestimando los sistemas de recuperación de energía, que poco tienen que ver con los de la era KERS antes de su retirada del mundial de Fórmula 1 en 2009. Una mala comprensión del funcionamiento no solo de recuperación, sino de operación conjunta de ambos generadores en relación al motor endotérmico, junto con un pobre propulsor muy joven aún les lastró en una temporada que dejó entrever las carencias de desarrollo que aún adolece la factoría con base en Sakura.

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Los nipones optaron por copiar a la todopoderosa unidad Mercedes al separar turbina y compresor con un eje de giro más rígido que permita separar el ciclo frío y de calor de la combustión dándole un punto más arriesgado en su esquema al introducir al turbocompresor en la V del motor para ahorrar espacio en la zaga del coche, pensando con ello que se podría desembarcar en el campeonato y copar las primeras plazas, pero nada más lejos de la realidad, ya que fallas de sobrecalentamiento, vibraciones y poca energía recuperada por el MGU-H (situado entre turbina y compresor) se cebaron con esta idea.

Un desarrollo urgente a las expectativas de McLaren fuerza a Honda a poner remedio a la situación vivida en el curso pasado con insufribles problemas de fiabilidad que aún hoy en menor medida sufren los chicos de Woking. Pese a los problemas, 18 tokens utilizados durante el invierno más todos los cambios realizados por fiabilidad les sirve para no continuar arrastrándose por las pistas de medio mundo, pero insuficiente para el propósito de arrebatar el cetro mundial a la vigente campeona.

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2016 debe ser un año de transición y trabajo constante para el binomio, que ha comenzado con una profunda revisión del motor endotérmico: nueva cámara plénum (amarillo) en fibra de carbono abandonando el diseño de aluminio con trompetas, aceleradores y sistema de admisión (3), cámaras de combustión (3) incluyendo pistones, bobinas de encendido disjuntas, válvulas, inyectores, bujías, etc que extraiga mayores prestaciones del carburante disponible con un ahorro de consumo, aun sin disponer de la tecnología TJI en sus manos, cárter (2), colectores de escape (1).

Turbina y compresor se actualizaron en invierno forzosamente para cumplir con la normativa que detalla la división del escape de las válvulas de alivio por colector del escape de la turbina que promueve una mayor resonancia ligeramente audible en las pistas. Dicha actualización se efectuó a coste 0 debido a que Honda había integrado las wastegates en la propia turbina, exigiendo un rediseño de la propia turbina. Posteriormente se ha vuelto a actualizar el grupo turbocompresor con 2 tokens gastados en el Gran Premio de Canadá. Un rediseño de MGU-K y MGU-H (4) acompañan a las reformas en energía eléctrica, mejorando el rendimiento y consumo hasta llegar a los niveles esperados para este 2016, pero sin alcanzar los datos topes de sus principales rivales.

Parte de los numerosos problemas de sensores y electrónicos sugieren que se hayan servido algunas dichas en mejorar los sellos, recubrimientos de fricción, sistemas y sensores (3) para evitar nuevas problemáticas que sumar a la extensa lista en conjunto con radiadores reemplazados en el pontón izquierdo (verde claro para electrónica y verde oscuro para MGU-K y motor).

Además, se ha considerado la refrigeración, otro de los aspectos fundamentales de la problemática Honda. Un intercooler más grande (cian) que permita un mayor enfriamiento del aire comprimido proveniente del compresor con el objetivo de mejorar la mezcla en la cámara de combustión (además de nuevas iteraciones de gasolinas por parte de ExxonMobil) se sigue colocando en el pontón derecho, dejando menos espacio para un intercambiador de calor para aceite y motor, con manguitos (morado) configuradas para la remozada cámara de admisión. Asimismo, se ha reexaminado los centros de masas y gravedad debido al exceso de pesaje de la unidad al completo y para ello nuevos conductos (verde agua) y radiadores del ERS-H (verde más oscuro de mayor tamaño) y aceite caja de cambios (verde más oscuro más pequeño) se han instalado a la espalda del cuerpo de admisión.

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Debido a la actualización en turbina en el Gran Premio de Canadá (2 tokens), Honda destinaba gran parte de los gases de combustión a revitalizar el giro del rotor cuya energía cinética alimentaba el MGU-H para producir la energía eléctrica necesaria que cubren los 4MJ por vuelta permitidos. Esta energía gastada en alimentar el sistema híbrido nipón se realizaba en detrimento de la fuerza de empuje del motor de combustión, lo que en parte es positivo ya que los japoneses son capaces de obtener mayor potencia a través del sistema de recuperación de energía, permitiéndoles ahorrar en carburante, extrayendo mayores prestaciones en stints largos más que en cortos.

Por esta razón, en el Gran Premio de Gran Bretaña se destinaron 2 tokens al sistema de admisión, incluyendo plénum (amarillo, 1 token) y trompetas de geometría variable (en el interior de la cámara plénum, 1 token), accionamientos y asociados, como toma principal de aire de mayor tamaño (azul), mangueras (morado) y reorganización de la refrigeración del ERS y aceite de turbo y caja de cambios (verde) más los conductos afiliados (verde agua). Como nota adicional, el aprovechamiento de espacio dentro del empaquetamiento es más proporcional al ‘size zero’ con una mejora evidente en refrigeración y mayores superficies enfiladas a mejorar el proceso de combustión con reducción del drag en el flujo de aire que entra por la toma de admisión..

FIA notificó la utilización de 7 tokens por parte de Honda que ha estado trabajando a destajo durante todo el verano para tener unidades listas para el fin de semana de Spa. La actualización parece centrada en mejorar la cámara de combustión (3 fichas), turbina (2) y compresor (2) en un concepto poco familiar aún en esta Fórmula 1 híbrida: la eficiencia. Esta evolución no solo está centrada en una mayor disponibilidad de energía eléctrica por parte de los 2 motores generadores gracias al turbocompresor, sino también en una mejor gestión de la gasolina disponible tanto en tanda larga como corta, al conseguir propulsar al coche con un mayor impulso con menor gasolina, permitiendo que el MP4-31 pueda rodar más tiempo a buen ritmo que ahorrando carburante para llegar a final de carrera, es decir, mejora el consumo en una primera iteración del plan de desarrollo del motor de combustión. Por último, en el Gran Premio de Malasia, previo a la carrera de casa, Honda usó 1 token para reforzar y aligerar tanto el peso del bloque motor y escapes, a fin de poder exprimir algo más la potencia a nivel de fiabilidad. Con todo, al motorista japonés le han faltado 2 token por usar durante lo que resta de campaña 2016 y que finalmente no se han usado.

NOTA: Este artículo está realizado en la fecha de publicación del mismo, con un cuarto de la temporada por disputar y sin que todos los motoristas hayan empleado sus tokens en los motores, por lo que irá actualizándose progresivamente con las novedades que se vayan encontrando.

NOTA 2: Todos los datos ofrecidos son aproximaciones ofrecidas por los suministradores citados, en ningún caso son datos totalmente concretos sobre los motoristas.

Fuentes: Racecar Engineering, Auto Motor und Sport, Sutton Images, f1icom, Motorsport, Movistar F1, @AlbertFabrega, @ScarbsTech, @LuisFeF1, McLaren, Renault, Motorsport IT, f1technical.

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