Fórmula 1

Fórmula 1

La Fórmula 1 siempre ha sido y continúa siendo no sólo la expresión de una parte esencial del ADN de Ferrari, sino también una verdadera escuela para la investigación tecnológica. Uno siempre debe tener en cuenta la posibilidad de que las ideas y soluciones se pueden transferir de los coches de carreras (diseñados en base a las cada vez más estrictas restricciones reglamentarias) a la producción de los más bellos coches de carretera del mundo. Fórmula Ferrari es una plataforma para examinar tres apartados: la introducción de la tecnología híbrida, la evolución del consumo de combustible durante la pasada década y el impacto de la simulación en el desarrollo aerodinámico.

Simulación

Durante los últimos 20 años la aerodinámica se ha convertido en el área del vehículo de competición que más influencia tiene en su rendimiento, alejándolo progresivamente de los automóviles de carretera. Pero, sobre todo, ha llevado a una inexorable e inaceptable escalada en los costes. La necesidad de reducir dichos costes ha hecho que se vayan introduciendo severas restricciones de forma gradual, desde el tamaño de las modelos empleados en el túnel de viento hasta la limitación del número de horas para utilizar esas instalaciones. Sin embargo, al mismo tiempo el progreso tecnológico, especialmente en el área informática, ha encontrado un nuevo camino para estudiar la aerodinámica (Dinámica de Fluidos Computacional), lo que ha permitido un impresionante aumento en las diferentes posibilidades de mejorar los conocimientos sobre el comportamiento aerodinámico del coche y, como consecuencia, de hacerlo más eficiente. Se puede hacer un vehículo más rápido y tener más opciones de ganar.
Para comprender el impacto de esta tecnología sólo hay que mirar la Tabla 1, que muestra el incremento en la potencia de cálculo en nuestro sector a lo largo de los últimos quince años.

Tabla 1
Año CPU RAM Run in GdV**
1997 3 1 Gb 0,3
2002 > 100 > 30 Gb > 1
2007 > 1000 > 180 Gb > 100
2012 > 5000 > 1 Tb > 700

** Run in GdV: número de pruebas realizadas en el túnel de viento en una semana

La tabla muestra cómo ha aumentado la capacidad de análisis y, por tanto, la lógica que tiene que la aerodinámica se haya convertido en un elemento clave, también a causa de las limitaciones impuestas en otros apartados del reglamento, empezando por la congelación en el desarrollo de motores.

Para proporcionar una comprensión instantánea de cómo ha crecido de rápido el desarrollo en aerodinámica, hemos echado un vistazo a un elemento del coche, el conjunto del morro y alerón delantero, en el transcurso de un periodo de cuatro años en los que la normativa ha permanecido prácticamente sin cambios (2009-1012.) La carga aerodinámica ejercida sobre este elemento a una velocidad constante (300 km/h) se ha incrementado alrededor de un 40%, como se puede ver en la Tabla 2.

 
Table 2
Año Coche Downforce
2009 F60 6.000 N
2010 F10 7.500 N
2011 F2011 8.000 N
2012 F2012 8.500 N

 

 

 
 

Evolución del consumo de combustible 2003-2013: eficiencia y reglamentación

La década que marcó el cambio de los motores V10 a los V8 fue muy estresante para los ingenieros que diseñaban los propulsores de Fórmula 1. Los cambios en los reglamentos técnico y deportivo siguieron tres rutas principales: estandarización de unos pocos parámetros clave, limitaciones en ellos y, a continuación, congelación en el desarrollo de los elementos estructurales de los motores, lo que suponía prolongar la vida útil de los mismos, desde los aproximadamente 350 kilómetros que recorrían en 2002 hasta los 2.500 actuales.

Todo esto también tuvo un impacto en el consumo específico de combustible, con una reducción de alrededor del 10%. Un consumo más eficiente significaba, además, mejorar el rendimiento, especialmente desde 2010, cuando se prohibieron los repostajes durante la carrera. En este terreno, el apoyo de Shell, un proveedor veterano de la Scuderia Ferrari, fue vital y esta compañía también tuvo una contribución significativa para incrementar la potencia del motor con sus productos, pues todo el desarrollo objetivo de cara a mejorar el rendimiento estaba ya congelado.

En el gráfico de abajo se puede ver la evolución del consumo específico, influenciado en años recientes por otros factores, como la introducción del KERS y el uso de los gases de escape para aumentar la carga aerodinámica. También se puede ver la predicción de cómo cambiarán las cosas a partir de 2014, con la llegada de un nuevo tren de rodaje. De hecho, el próximo año veremos un descenso muy significativo en el consumo específico de combustible, porque el proyecto del motor estará basado en la eficiencia: la fijación de un caudal máximo de combustible, el e-turbo, la inyección directa y el aumento de potencia generado por el KERS serán factores decisivos todos ellos para una mejora global en la eficiencia del tren de rodaje.

FERRARI F1 POWERUNIT SPECIFIC FUEL CONSUMPTION HISTORY
 
 

Del KERS al ERS

En 2009 la tecnología híbrida hizo su debut en la Fórmula 1 con la introducción del KERS (kinetic energy recovery system), el sistema para recuperar la energía cinética producida por las fuerzas de frenado en el eje trasero, que al principio era opcional. Ferrari asumió el reto inmediatamente y, la experiencia acumulada en cinco años de desarrollo, con un solo año (2010) en el que no se utilizó en la pista, ha demostrado ser muy valiosa, tanto en términos de transferencia tecnológica hacia los coches de carretera como de cara a la nueva normativa sobre el tren de rodaje para 2014.

Según el reglamento técnico, la máxima disponibilidad de potencia por vuelta será de 60kW para una energía total de 400 kJ. La arquitectura del sistema se compone de un motor eléctrico unido a otro térmico, con una unidad de control electrónica y un paquete de baterías. El peso, la capacidad para repetir el rendimiento, sus compactas dimensiones, la instalación dentro del coche, así como las necesidades obvias de fiabilidad y seguridad del piloto y del equipo, son los parámetros fundamentales para valorar el proyecto, dado que las mejoras en el rendimiento están fijadas por reglamento. Durante el transcurso de este periodo de cinco años se han logrado resultados significativos en términos de eficiencia global, que se pueden resumir en lo siguiente:

  • -10% volumen
  • -20% peso
  • -40% coste por unidad
  • -90% coste por carrera
  • 100% de disponibilidad para nosotros en calificación y carreras

La introducción del KERS ha traído otros efectos colaterales, como los avances en la miniaturización de los componentes eléctricos y electrónicos, el desarrollo de sofisticados sistemas para almacenar energía, la formación de personal en cuestiones de seguridad, tanto desde el punto de vista técnico como de gestión y, en general, el aumento de conocimientos para la compañía.

El año 2014 marcará una revolución en Fórmula 1 con la introducción de un nuevo suministrador de potencia: un V6 de 1.600 cc limitado a 15.000 rpm, con inyección directa, un e-turbo y KERS. El elemento “híbrido”, por tanto, vendrá de una combinación de energía térmica de la turbina y de energía cinética derivada del ahora “clásico” KERS. Por otra parte, la normativa exige un flujo máximo de combustible de 100 kg/h y una cantidad máxima de gasolina para la carrera de 100 kg, así como ampliar la vida del motor, pues a cada piloto sólo se le permitirá usar cinco propulsores por año en lugar de los ocho de ahora, con una nueva reducción a cuatro en el futuro.

El sistema “híbrido” consistirá en un motor para recuperar la energía cinética (MGUK) y otro para la energía térmica (MGUH), ambos unidos, por un lado, a un paquete de baterías y, por otro, al propulsor tradicional. La máxima potencia utilizable en una vuelta de la que pueda generar el MGUK estará limitada a 120 kW para un valor energético total de 4MJ (el doble que la actual cifra en términos de potencia, un aumento de diez veces en el total de energía, mientras que sólo se podrá almacenar la mitad de ella). Sin embargo, la cantidad de energía utilizable producida por el MGUH será libre. Esto significa que, si hasta ahora el KERS es un elemento que puede marcar la diferencia en base a su eficiencia, en el futuro el sistema no sólo necesitará ser eficiente sino que también será clave su rendimiento absoluto. En cuanto a los tiempos por vuelta, la ganancia que se obtendrá con está nueva tecnología estará en torno a los tres segundos, con una previsión de potencia máxima similar a la de los niveles actuales (alrededor de 750 caballos).


El diagrama muestra la arquitectura del tren de rodaje de 2014:

POWER UNIT ENERGY FLOW
 

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