ERS: QUÉ ES Y CÓMO FUNCIONA.

Bueno amigos, por fin tengo un poco de tiempo y quiero dedicarlo a exponer uno de los cambios más importantes que se introducirán en los F1 para el año que viene. Como sabéis muchos de los elementos que forman esas extraodinarias máquinas van a ser modificadas. En 2014 la Fórmula 1 entrará en una nueva era.
La estética, el motor turbo 1.6 litros V6 pero no se queda solo ahí. El turbo forman parte de esa lista pero hay que añadirle uno que si en la actualidad tiene importancia, a partir del 2014 su cache se vera aumentado de una manera considerable a pesar de haber adelgazado, eso sí, solo en su nombre. El KERS nos abandonará para siempre, pero a rey muerto, rey puesto y la próxima temporada le daremos la bienvenida al ERS.
Bien, este nuevo elemento va a intentar exprimir aún más el concepto de reutilización de la energía consumida. Con la tecnología Kers, el coche era capaz de utilizar parte de la energía que se perdía en las frenadas gracias a un generador eléctrico o a un volante de inercia para poder ser usada por el piloto durante un determinado tiempo que estipulaba la FIA para conseguir una potencia de 60 kW durante 6,67 segundos. Esto son 81'5 caballos para sus aproximados 17 kilogramos de peso. Como vimos en un artículo anterior, había dos tipos de sistemas Kers que se han utilizado en la F1 aunque en la actualidad bien podía decir que son tres:

1-Eléctrico: Utilizaba la reversibilidad de los motores eléctricos para crear electricidad o generar movimiento. Así, si se les aplica energía eléctrica, se mueven. En cambio si les aplica movimiento, generan energía. Esta electricidad generada es almacenada en baterías o condensadores para posteriormente ser utilizada para generar el giro.

2- Volante de inercia: Consiste en una serie de engranajes adicionales situados en el tren motriz que conectan el tren motriz a un pequeño volante de inercia que es un disco metálico que comienza a girar cuando se le aplica una fuerza de rotación. Una vez está girando, se frena cuando se somete a una resistencia. Contra mayor sea la masa del disco y se encuentre más lejos del centro de giro, mayor energía almacenada. Solo ha sido utilizado por Williams pero no fue a más por problemas de peso y espacio.

3- Kers Híbrido: Es el sucesor natural del volante de inercia y presenta una tecnología mixta, es decir, un generador/motor eléctrico que genera electricidad/movimiento y en lugar de almacenarla en baterías, se utiliza un volante de inercia para almacenar la energía. La electricidad creada se consume haciendo girar el volante. Cuando quieres recuperarse la energía del volante se disminuye la inercia del disco. Esta acción origina impulsos eléctricos que hacen mover el motor y crear movimiento.

La tecnología de este tipo de volantes de inercia -o frenos regenerativos- ha sido desarrollada por Williams Hybrid Power y es la utilizada por el equipo Williams de Fórmula 1, en autobuses londinenses o en el Audi R18 e-tron quattro que ganó el último campeonato de Le Mans aunque hay muchos proyectos similares a él.

Se está potenciando mucho esta tecnología ya que su viabilidad comercial es muy alta gracias a la apuesta de las grandes marcas por los coches híbridos de calle. Se trata de una de las tecnología que más potencial tiene ya que es capaz de recuperar hasta el 70% de la energía cinética que se genera en las fases de frenada y solventa muchos de los problemas de espacio y ubicación que tenía el volante de inercia.

Bien, esto es en resumen los sistemas actuales  y sus prestaciones. Todos ellos estarán presente de una u otra manera en los nuevos sistemas utilizados el año que viene.

QUÉ ES EL ERS.

Para el 2014 la normativa del ERS tendrá dos sistemas combinados, más potencia, más tiempo de utilización. En total, los F1 contarán con un sistema capaz de suministrar potencia de pico de 120 kilovatios, equivalente a unos 163 caballos de potencia  durante 33,3 segundos por vuelta para compensar la pérdida de potencia producida por la reducción del motor, pero no solo igualará su potencia, realmente la aumentará. La potencia máxima de la nueva unidad de energía superará la producción de los actuales motores V8 de F1 sin embargo se mejorará radicalmente la eficiencia del combustible. Con sólo 100 kg permitidos para la carrera, las nuevas unidades a utilizar 35% menos combustible que sus predecesores.

Por tanto, el ERS dará el doble de potencia del Kers actual y su activación durará cinco veces más que ahora. Que por cierto, el tiempo de utilización por vuelta no son cifras aleatorias, viene de la división de la cantidad máxima de energía fijada por vuelta –500 MJ– entre el tiempo utilizable. Como veréis, una burrada pero ¡por fin! se han decidido, mucho han tardado.

Pero ¿De dónde van a sacar tanta potencia? Con la tecnología empleada en el Kers convencional no era suficiente para poder suministrar la energía necesaria para mejorar el sistema. Parecerá algo lioso pero intentaré solucionarlo con este esquema.

Por eso los F1 a partir del 2014 contarán  con una combinación de un sistema convencional, formado por un motor/generador eléctricos para la recuperación de energía cinética de frenado que pasará a denominarse ERS-K (el KERS actual pero con la K al final), más otro sistema similar para conseguir energía de la velocidad con la que circula los gases de escape, el ERS-H. Por tanto, unidades de motor-generadores para captar la electricidad y  para convertirla en movimiento pero con aspectos bien distintos.

Me voy a centrar en la segunda unidad, la que permitirá obtener la energía de los gases de escape ya que el sistema tradicional es más conocido.

El MGU-H 

Estaréis pensando, ¡vaya tela con los nombrecitos! Pues sí, pero es lo que hay. Bien, ¿Qué es el MGU-H? A parte de un nombre raro es el acrónimo de Motor Generator Unit-Heat, que es sólo un nombre muy sofisticado para algo muy sencillo: el turbocompresor híbrido. La siguiente pregunta está clara ¿Para qué sirve?

Bien, este aparatejo tiene dos funciones muy importantes en el sistema ERS futuro, generará potencia y solventará algún que otro problemilla.

Como sabéis, los motores 2014 llevarán instalados un turbo para aumentar la potencia del mismo y reducir el consumo, pero los sistemas turbo no son perfectos y presentan dos problemas importantes que los fabricantes de los motores de calle no han trabajado en exceso: el retraso en la respuesta del turbo, también llamado turbo-lag  que es el tiempo que transcurre desde que se pisa el acelerador hasta que empieza a ser efectivo el aumento de presión en la alimentación y la progresividad en el modo de funcionamiento de la mecánica, dos características que, en un motor de Fórmula 1, no eran admisibles. Esto se entenderá fácilmente cuando veáis cómo funciona el turbo, para eso os dejo el enlace anterior.

En lugar de intentar solucionar esos problemas aplicando mejoras en los sistemas (control electrónico de la válvula de descarga, los turbos de geometría variable) han decidido matar dos pájaros de un tiro utilizando el MGU-H. ¿Cómo? Adosando un motor eléctrico al turbo, lo que permite acelerarlo y frenarlo según la demanda, dosificando la presión de soplado que genera según sea necesario.

Por tanto tenemos una máquina que está accionada por los gases de escape y crearía electricidad y por otro lado actuaría como un motor eléctrico cuya función sería la de comprimir aire aunque el régimen del motor no lo permitiera. Genial, ¿verdad? Así, cuando el coche gire a bajas revoluciones se puede activar el motor para aumentar la presión en el turbo y mejorando la potencia de forma inmediata, elimina el retraso en la respuesta del turbocompresor y permitirá que el motor disfrute de una respuesta más progresiva y, también, durante un mayor número de revoluciones. Este aspecto puede ser el factor más importante para conseguir las prestaciones el año que viene. El equipo que monte un mapa motor que sea capaz de dar en la diana tendrá muchas carreras ganadas. En curvas lentas será imprescindible su activación.

Por tanto los motores V6 contarán con un enorme turbocompresor con doble entrada a la turbina,

con forma de caparazón de un caracol. Delante de esa gran turbina, se encuentra el compresor, con su generosa entrada de aire.

MUG-H

Y delante del compresor, oculto bajo la admisión –la cámara por la que pasa el aire para entrar a los cilindros– se encuentra el MGU-H, un motor eléctrico conectado al eje de la turbina del compresor. Si le habéis dado un repaso al artículo sobre cómo funciona el turbo sabréis que los gases de escape hacen girar el turbo creando una energía que se utiliza para comprimir el aire de la admisión (compresor) y aumentar la presión dentro de los cilindros. Sin embargo, la eficiencia del turbo produce más energía que la necesaria para comprimir el aire de admisión. Por lo tanto, para eliminar este exceso de energía y evitar que el turbo girare demasiado rápido, todos los motores turbo están equipadas con una válvula de descarga.
En resumen, el turbo y el MGU-H son capaces de recuperar parte de la energía contenida en los gases de escape cuando salen de un motor y equivale a casi 55 por ciento de la energía proporcionada por el combustible. Esta es una gran pérdida. De esta forma se le vuelve a dar utilidad.

El MGU-K
Sobre el sistema de recuperación cinético y su motor/generador voy a hablar poco ya que es el sistema utilizado anteriromente y en mayor o menor medida ya sabéis todos como funciona. Decir simplemente que su potencia se ha aumentado considerablemente para producir parte de las prestaciones deseadas.
A modo de resumen, está sería la estructura del ERS para los F1 del 2014.

Almacenamiento de la energía:
Esta energía eléctrica creada por las dos unidades  se almacena en la batería, condensadores, etc. o en un volante de inercia como ya hemos visto o directamente es utilizada para activar una de las unidades. Este es otro factor importante a tener en cuenta ya que puede hacer que los equipos se quiten de encima un lastre importante en baterías. Por ejemplo. Imaginaros que un F1 llega a una curva lenta. El coche frena y activa el motor MGU-K que empieza a producir electricidad. Lo más lógico sería que fuera a parar a la batería pero ¿y si se utiliza una parte para activar el motor MGU-H? El coche en frenada alimenta el motor situado en el turbo y empieza a dar potencia para que el coche traccione mejor en aceleración. No se almacena, se utiliza directamente. Lo mismo sucede a la inversa, en recta el MGU-H genera electricidad que puede ser enviada a la otra unidad de motor-generador (MGU-K) para aumentar la velocidad del coche prácticamente en cualquier momento de la vuelta y sin la necesidad de almacenar mucha electricidad.
Bueno amigos, después de descubrir y aprender como funcionan estos engendros ya que realmente no sabía como funcionaban solo quiero felicitar a la FIA por su decisión, aunque con un tirón de orejas por haberlo retrasado tanto. Como dice bien dice la ley de la conservación de la energía, ésta ni se crea ni se destruye, solo se transforma. El ERS permite que parte de esa energía perdida se recupere y simplemente pueda convertirse en otra forma. Si la eficiencia de un motor de combustión interna convencional es de aproximadamente entre 25 y 30 por ciento en condiciones óptimas de uso, el resto de la energía, proporcionada por la combustión de combustible, 70 por ciento restante se pierde en forma de calor, ya sea a través de radiadores del automóvil (intercambio de calor entre el bloque motor y los fluidos de refrigeración) o, más significativamente, a través de los gases de escape. Investigar en este aspecto es fundamental y tarde o temprano esta tecnología terminará generalizándose en nuestra vida diária. El gran reto para los ingenieros de  motores en la F1 el próximo año será encontrar la clave, y esa clave no será otra que un  software que haga el milagro de hacerlo funcionar perfectamente ¿Cómo utilizar mejor la combinación de los dos ERS con el almacenamiento de energía y el motor de combustión interna? ¿Cómo se pone todo eso en conjunto de una manera óptima con una cantidad limitada de combustible para obtener el rendimiento óptimo? La oportunidad de buscar esa tecla y cometer un error es potencialmente muy alta. Para el resto de los mortales , mejorar la eficacia nos permitirá reducir nuestra dependencia del petróleo y sobre todo, permitirá a nuestros descendientes poder vivir en un mundo más limpio, sano, en definitiva, en un mundo mejor, pero eso será otra historia.
FUENTES: autofacil.es, Wikipedia, tecmovia.com,F1 técnical, Scarbsf1, Sommer f1