EL DISEÑO DE LA UNIDAD DE POTENCIA DE FERRARI

No solo de innovaciones vive Mercedes. Después de ver la inteligente configuración  usada por los alemanes para intentar solucionar en parte uno de los mayores problemas que lastran a los motores turbo, el calor, hoy vamos a conocer una nueva versión, no menos inteligente que intensa buscar los mismos objetivos. 

Como ya os informé hace algunas semanas, la unidad de potencia de Mercedes tenía separados, uno en cada lado del motor la turbina del turbo y el compresor de forma que el calor generado en la primera pieza afectara lo menos posible al aire que alimentaría posteriormente al motor. Eso implicaba que los coches motorizados por esta empresa necesitaban menos recursos de refrigeración que la competencia. Creíamos que con este diseño se acabaron las ideas originales pero no. Después de ver en Mónaco las primeras imágenes al descubierto de la unidad de potencia de Ferrari y gracias a la labor de William Tyson, podemos descifrar qué tiene de especial  esta máquina. Vamos al lío.

Pocas imágenes se tenían de la nueva unidad de potencia desde que salió a la luz a primeros de enero. Siempre se mostraba cubierta, dificultando así la tarea.  El pasado jueves la realización de la televisión británica Sky entró en el box de los rojos y pillaron la unidad V6 turbo híbrido en paños menores. El monoplaza de Kimi había sufrido un problema con la caja de cambios y tenían que desmontar todo el conjunto para solucionar la avería. Esta es la imagen.

 

Para los neófitos en la materia en el cual me incluyo,  esta imagen muestra una serie de elementos, muchos conocidos aunque la mayoría no tanto, que en manos expertas se desvelan como un diseño "magistral"   Bien, una vez revelado el secreto veamos la causa por la cuál el F14T tiene las tomas de refrigeración más pequeña que la competencia. La clave está en la arquitectura en V del motor.  Como ya sabéis y si no os lo cuento, dentro del mundo de la automoción hay tres tipos de arquitecturas para distribuir los pistones dentro del motor. Por un lado tenemos los motores en línea, donde los pistones están situados uno junto a otro a lo largo del motor, los motores VR que diseñó el grupo Volkswagen en los ochenta y que aún están en producción que consiste de seis cilindros en dos filas pero muy juntos. Es similar a un motor en V, pero con los dos bancos desplazados y acomodados uno junto al otro en un ángulo de 10,6º o 15°. Por último los motores en V que cuenta con una disposición diferente. En este caso los cilindros se agrupan en dos bloques o filas de cilindros unidos en la parte inferior por un solo cigüeñal, como también hacían los anteriores. La separación entre los bloques viene marcada por el ángulo de la V. Las medidas normales para este tipo de diseño son de  45º, 60º o 90º. Cuanto mayor sea el ángulo, más separados estarán los bloques y eso será una de las claves del diseño de Ferrari. Con esta imagen se aprecia claramente los tres tipos de arquitecturas.

El reglamento técnico de la F1 indica que las nuevas esa V tienen que tener un ángulo de 90º. Esta medida es importante ya que hace que se cree un “amplio” hueco en la parte superior del motor. En esta imagen de un motor V8 se aprecia perfectamente esa abertura superior que acabo de mencionar.

Pues bien, Ferrari ha utilizado ese hueco para instalar uno de los dos componentes de conforman el intercooler de sus nuevas unidades de potencia.  Recordar que hace un tiempo os comenté que los italianos utilizaban un sistema doble (Aire-Agua-Aire) para enfriar el aire necesario para la admisión del motor. Para ello necesitan  dos intercooler, uno  de agua-aire  para enfriar el aire necesario para alimentar el motor y otro de aire-agua situado en los pontones del coche para enfriar el agua caliente generada en la anterior refrigeración. Por tanto Ferrari consigue rebajar la temperatura  gracias a una refrigeración por  separado. Este método es mucho más eficiente térmicamente y necesita menor superficie radiante para conseguirlo, es decir, necesitas unos radiadores más pequeños con el consiguiente beneficio aerodinámico. De todas formas, os dejo el enlace que explica el sistema para refrescar las ideas.

¿Qué tiene de especial el nuevo diseño de Ferrari? Los ingenieros de motores de Maranello han situado el intercooler de agua en la oquedad  creada a lo largo de la parte superior del motor. El aire limpio que entra por la toma de aire situado sobre la cabeza del piloto (airbox) es comprimido por el  compresor para posteriormente ser enviado al intercambiador (intercooler) que lo enfría gracias a una camisa de agua que circula por su interior. Una vez enfriado el aire es desviado hacia arriba sobre el motor y conducido a los cilindros.

Ahora entra en escena otra pieza que se hablo y mucho cuando salió a la luz el F14T. ¿Os acordáis del famoso intercambiador? Pues  yo apostaría que esta pieza tiene que ser el misterioso intercambiador de microtubos que tanto tiempo llevamos esperando ver y que hasta ahora ha sido imposible de captar. Se han mostrado muchas imágenes internas del F14T, dejando al descubierto el sistema de refrigeración al completo pero no había rastro alguno de ella. Quedaba claro que en los laterales del coche no estaba así que tiene que ser por fuerza el elemento refrigerante situado sobre el motor.
El resto de elementos que conforman el turbo están situados de manera convencional. En el siguiente diagrama podemos verlos claramente.




Por un lado tenemos la turbina (roja) que recibe los gases de escape que surgen de la combustión. La zona amarilla corresponde al  MGU-H. Tiene una ubicación muy similar a la usada por Mercedes  aunque su eje es mucho más corto que en el caso de los alemanes. Su colocación entre los dos componentes del turbo “aislar” al compresor (azul) del calor generado en la turbina. De esta forma, el aire para el motor se “calentará menos”. La zona marcada de verde nos indica la colocación del intercooler.
Como cualquier diseño que se precie tiene sus pros y sus contras. La ventaja es que la red de fontanería necesaria entre el compresor, las cámaras de entrada y de nuevo en los cilindros es mucho más corta que en el diseño de Renault y ligeramente menor que el de Mercedes. Esto es beneficioso porque al tener tuberías más cortas se reduce el retraso en la respuesta del turbo de manera significativa. Esto es importante ya que cuánto menor sea el retraso, menos necesidad hay de utilizar el  MGU-H para corregirlo, haciendo que el nuevo diseño de Ferrari tenga menos dependencia de él, con todo lo que conlleva, ahorro de energía en las baterías  y sobre todo menor tensión, mejorando así la fiabilidad en cierta medida. ¿Qué quiere decir esto? Que si no funciona del MGU-H, no se avería.
Los inconvenientes de esta arquitectura es de nuevo el calor. La parte superior del motor es una de los elementos que mayor temperatura alcanza del mismo. Recordaros que pueden llegar a alcanzarse temperaturas de hasta mil grados pero se reduce gracias a la refrigeración por agua que dispone esa parte. Como digo, el sistema de refrigeración propio del motor se encarga de bajar su temperatura pero aún así, suele ser alta. Para reducir este inconveniente es necesario que el intercooler disponga de una camisa de más grande que si estuviera situado en otro lugar, es decir, que tenga mayor cantidad de agua. Esto hace que el peso de la unidad aumente, e indirectamente el centro de gravedad suba aunque parece ser que no es así ya que Ferrari ha podido montar la unidad turbo más abajo debido a la colocación de la MGU-H entre los dos componentes del turbo. Seguramente, el sistema no utilice mucha cantidad de agua y sí un  aumento en la velocidad de circulación de la misma por el sistema, haciendo que el ciclo sea más corto.  La unidad de potencia de Mercedes no tener que lidiar con este problema ya que el intercooler está montado a lo largo del centro del coche, pero lejos del motor, mientras que Renault tiene soluciones diferentes dependiendo del equipo.
Una vez realizada la explicación veréis que si os muestro de nuevo la imagen reconoceréis  algunos elementos más aunque me faltan algunos componentes por localizar como es la conexión de los dos intercooler, que seguramente esté en el otro lado del coche. La que se aprecia en primer plano debe de ser la que refrigera la parte superior del motor.

Para que veáis, ahora resulta que la unidad de Ferrari extraordinaria y no es de extrañar que se han querido mantenerla en secreto tanto tiempo. El problema es que aún no han podido exprimirlo como debería. Se espera que en Canadá utilicen un paquete con grandes ajustes de software para aumentar sus prestaciones que puedan plantar cara, en términos de potencia se refiera a las unidades de Mercedes. Ya veremos si es verdad, pero eso será otra historia.