La Fórmula 1 está a la vanguardia de la tecnología de motores y su última planta de energía es una de las más complejas del deporte hasta el momento.
De hecho, los motores actuales son tan complicados que necesitan pasar por una rutina previa al arranque que involucra computadoras portátiles, operaciones remotas y un grupo de ingenieros inteligentes antes de que puedan cobrar vida.
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¿Qué hay en una unidad de potencia F1?
Lo primero es lo primero, un motor de F1 moderno ya no se llama así, se llama ‘unidad de potencia’, y eso es porque es un híbrido. Está compuesto por un motor de combustión interna de gasolina y motores eléctricos alimentados por un Sistema de Recuperación de Energía. (ERS).
Cuando se introdujeron en 2014, fueron criticados por su falta de ruido en comparación con los populares monstruos V8 y V10 del pasado, pero estas son algunas de las unidades de potencia más poderosas y eficientes en la historia de los Grandes Premios.
Max Verstappen, Red Bull Racing RB16, Valtteri Bottas, Mercedes F1 W11, Lewis Hamilton, Mercedes F1 W11, Lando Norris, McLaren MCL35, Alex Albon, Red Bull Racing RB16 y el resto del grupo al comienzo
Foto por: Steven Tee / Imágenes de automovilismo
¿Cuántos caballos de fuerza produce una unidad de potencia F1?
La potencia de salida total de los elementos combinados de gasolina y electricidad es de alrededor de 1.000 CV, significativamente más alta que la de un coche de carretera normal. El motor de gasolina funciona a 15.000 rpm, de nuevo, significativamente más que un coche de carretera.
Todo esto significa que un auto de F1 puede cubrir de 0 a 60 mph en alrededor de 2.6 segundos y alcanzar un máximo de alrededor de 230 mph, dependiendo de la cantidad de resistencia que tenga. Cuando BAR (que a través de Honda y Brawn GP eventualmente se convirtió en Mercedes) despojó a su automóvil de la mayor resistencia posible, alcanzó 246.9 mph en Bonneville Salt Flats en 2006.
¿Qué tipo de motor de gasolina utiliza la unidad de potencia?
El motor es un V6 turbo de 1.6 litros y cuatro tiempos. Está diseñado para un conjunto estricto de limitaciones de dimensiones y materiales, con los cilindros dispuestos en una configuración de ‘V’ de 90 grados y dos válvulas de admisión y escape por cilindro.
El turbocompresor funciona mediante el uso de un compresor para cargar a presión el motor. Es impulsado por el flujo de aire del escape del automóvil, a través de una turbina que está conectada al sistema de salida.
Para los que entienden de motores, la relación de compresión de cada cilindro no debe ser superior a 18, la presión de combustible en los inyectores es de 500 barG o inferior y el flujo másico de combustible no supera los 100 kg/h, reduciéndose a menos revoluciones.
Ese flujo de masa de combustible es clave, porque básicamente significa que la cantidad de gasolina que ingresa al motor es limitada, restringiendo las revoluciones y la potencia que se puede producir y alentando a los equipos a diseñar motores más eficientes.
Combustible F1 en signo
Foto por: Andrew Hone / Imágenes de automovilismo
Que combustible lleva?
Los automóviles usan combustible compuesto por compuestos que normalmente se encuentran en los combustibles comerciales, sin compuestos químicos específicos para aumentar la potencia. Hoy en día, un mínimo del 10 por ciento del combustible debe ser etanol sostenible avanzado.
Según los informes, los autos gastan alrededor de 135 litros de combustible durante una carrera, lo que se dice que es un tercio menos que con los V8 más sedientos de antaño.
¿Qué hace el Sistema de Recuperación de Energía (ERS)?
El ERS recupera energía del escape y los frenos y la convierte en electricidad para alimentar los motores eléctricos directamente o almacenarla en una batería para su uso posterior como refuerzo de energía adicional.
El MGU-K (Motor Generator Unit – Kinetic) es un motor eléctrico vinculado al cigüeñal del motor. En modo regenerativo, funciona como un generador, ralentizando el coche mediante el ‘frenado motor’ (reduciendo el uso de los frenos convencionales) y produciendo electricidad para cargar la batería. En el modo de conducción, se convierte en un motor y utiliza esa electricidad para impulsar las ruedas y obtener una aceleración adicional.
El sistema solo puede generar una cierta cantidad de energía por vuelta, aproximadamente 33 segundos de potencia máxima, pero puede almacenar el doble de esa cantidad, por lo que un equipo puede ser estratégico y ahorrar y usar energía en diferentes momentos.
La MGU-H (Motor Generator Unit – Heat) es más complicada y se usa en combinación con el turbo, que a su vez funciona usando gases de escape para hacer girar una turbina que presuriza el motor.
Como generador, el MGU-H proporciona resistencia que ralentiza el giro del turbo, lo que ayuda a evitar que el turbo genere demasiado impulso a alta potencia, y convierte esa energía en electricidad que se almacena en la batería.
Como motor, se utiliza para mantener el turbo girando cuando el conductor no está pisando el acelerador, lo que reduce el retraso del turbo y suaviza la entrega de potencia. Esto es más eficiente que las alternativas que funcionan con combustible.
De manera crucial, la electricidad generada por el MGU-H se puede usar para alimentar el MGU-K directamente, por lo que puede aumentar el límite máximo de 33 segundos que se puede usar de la energía almacenada en cada vuelta. Eso significa que cuanta más electricidad puedan generar los equipos a partir del MGU-H, más tiempo podrán usar su impulso de energía eléctrica.
Todo el sistema, incluidas las diferentes partes y accesorios, no debe pesar menos de 150 kg, y la parte de almacenamiento debe representar entre 20 y 25 kg de eso.
MGU-H
Foto por: Magneti Marelli
¿Cuánta potencia generan los motores eléctricos?
La potencia máxima que puede producir el MGU-K es de 120 kW, lo que equivale a unos 160 CV. Sin embargo, para evitar súper arranques eléctricos, su uso está restringido al comienzo de la carrera hasta que el automóvil haya alcanzado los 100 km/h.
El MGU-K debe pesar no menos de 7 kg y puede girar hasta 50 000 rpm, con un par máximo de 200 Nm. El MGU-H puede ser 3 kg más liviano y puede girar hasta 125,000 rpm.
¿Cómo se despliega ese poder?
El poder está en manos del conductor y de la computadora de a bordo. Los equipos desarrollan mapas de motor configurados para entregar la energía eléctrica de diferentes maneras, y los conductores simplemente tienen que elegir entre ellos y dejar que el automóvil haga el resto.
¿Es peligroso el motor eléctrico?
El ERS es una pieza de equipo de alto voltaje. Funciona hasta 1000 V, por lo que puede producir una descarga eléctrica muy peligrosa.
Para reducir el riesgo, los cables de alto voltaje son de color naranja y tienen un corte de voltaje cuando se desconectan. El recinto de almacenamiento de energía principal, MGU-H y MGU-K y todas las cajas de conexiones de alto voltaje están marcadas con señales de advertencia de peligro.
El ERS se puede apagar de varias maneras diferentes y para mostrar su estado de funcionamiento y aislamiento, está equipado con luces de estado en la parte superior de la caja de aire, que brillan en verde cuando es seguro y en rojo cuando no.
En 2019, después de retirarse del Gran Premio de Bahrein, a Daniel Ricciardo se le dijo que «saltara del auto» sin tocarlo después de que se encendió la luz roja y su equipo Renault lo declaró «eléctricamente inseguro». Afortunadamente, eso no sucede a menudo.
¿Cómo arrancan los coches?
El equipo debe conectar un dispositivo de arranque externo al automóvil para arrancar el motor de gasolina en el garaje, el pit lane y la parrilla. Los motores están equipados con sistemas antibloqueo para evitar que el motor se apague cuando el conductor pierde el control.
Mecánicos de Haas F1 en la parrilla
Foto por: Andy Hone / Imágenes de automovilismo
¿Cuántas unidades de potencia puede usar un equipo en una temporada?
Hace años no había restricciones en el uso del motor y los equipos gastaban millones en producir motores especiales con «especificaciones de calificación» que se ajustaban al máximo pero que solo duraban unas pocas vueltas antes de acelerar hasta la sumisión.
Ahora, para mantener los costos bajos, la cantidad de unidades de potencia permitidas en una temporada está restringida, con cada conductor permitido no más de…
- – tres motores
- – tres turbocompresores
- – tres MGU-H
- – tres MGU-K
- – dos acumuladores de energía
- – dos electrónicas de control
- – ocho juegos de sistemas de escape del motor
Los equipos pueden ir más allá de su número asignado, pero recibirán penalizaciones por posición en la parrilla cada vez que lo hagan, por lo que las unidades de potencia ahora están diseñadas para ser más robustas que en el pasado.
¿Cómo se asegura la FIA de que las unidades de potencia sean legales?
Para minimizar las posibilidades de hacer trampa, los sensores eléctricos de CC de los proveedores designados por la FIA se conectan a diferentes partes del ERS y hay un sensor de torque instalado en el MGU-K.
Todos los automóviles funcionan con la misma bomba de combustible de alta presión, fabricada por un solo proveedor designado por el Consejo Mundial de Deportes de Motor de la FIA, y dos medidores de flujo de combustible están ubicados en el tanque de combustible para monitorear las tasas de flujo.
Para controlar el funcionamiento del motor de gasolina, el eje de salida de potencia y cada eje de transmisión están equipados con un sistema de medición de par certificado, y sensores de presión y temperatura para los inyectores de combustible.
Detalle del motor Ferrari SF1000
Foto por: Mark Sutton / Imágenes de automovilismo
¿Cuál es el futuro?
Las unidades actuales no van a durar para siempre, porque la F1 ya está dando forma a los planes para la próxima generación.
Ahora hay un ‘congelamiento’ de estos diseños, lo que significa que los equipos ya no pueden desarrollarlos. Eso es para liberar tiempo y presupuesto para desarrollar un nuevo motor híbrido diferente y más relevante para la industria que se presentará en 2025.
Las nuevas regulaciones se centrarán en altos niveles de sostenibilidad ambiental, con planes para usar combustibles totalmente sostenibles y simplificar significativamente el diseño para reducir costos.
