sábado, 20 de febrero de 2010

KERS: La aventura fallida - Parte 2


ERS: La aventura fallida - Parte 2

Así funciona el KERS y esto es lo que le espera
KERS: La aventura fallida - Parte 2
KERS © Sutton - Fery Press
En una disciplina tan popular y tan criticada por su poca eficiencia energética, es posible que haya una vía abierta que lleve a los monoplazas a convertirse en máquinas más comprometidas con el medio ambiente augurando para ellas un futuro híbrido y, quién sabe si en un futuro lejano podamos olvidarnos del característico rugido de los híper-revolucionados motores de Fórmula 1 por silenciosos dispositivos eléctricos. Es por ello, que este trabajo ahonda en el cuándo, cómo y porqué funciona este ingenio así como las posibilidades de su desarrollo en un futuro cercano.

3. Problemas con el KERS

Como era de esperar, han sucedido varios problemas y accidentes durante el desarrollo y actuación del mecanismo; pasando desde la electrocución hasta los incendios.
    3.1 ElectrocuciónUn sistema que produce tales cargas de electricidad, puede ser muy peligroso para las personas, por eso como ya se ha explicado, existen normas para el manejo dicho sistema. En este apartado, se detallará uno de los sucesos más controvertidos relacionados con el KERS.
Durante los test de 2008 para el desarrollo del KERS, Christian Klien, piloto de pruebas de BMW-Sauber, dio tres vueltas al circuito de Jerez a bordo del BMW F1.08, equipado con una versión preliminar del KERS y regresó a boxes. Cuando uno de los mecánicos tocó el automóvil (ver Fig. 9), recibió una fuerte descarga eléctrica que lo dejó tendido en el suelo.
Afortunadamente, las heridas que sufrió en su mano y brazo fueron leves. En ese momento BMW detuvo sus pruebas mientras se investigaban las posibles causas del suceso, que podría deberse a algo tan sencillo como un deficiente sistema de conexión a tierra; derivando a tierra la carga gracias al efecto masa creado por el cuerpo del mecánico con la tierra, creándose así una diferencia de potencial.
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Fig. 8 Incidente del mecánico de BMW. © Sutton
Más tarde, el equipo BMW-Sauber confirmó que la descarga eléctrica se debió a un pico de Corriente Alterna entre los puntos de contacto. El director del departamento de Mecanismo de Transmisión de BMW, Markus Duesmann, explicó que el mecánico sufrió la descarga eléctrica "después de tocar el lateral del monoplaza y el volante".
La nota oficial emitida por el equipo bávaro, ante los hechos acontecidos consistió en el siguiente comunicado: "Se produjo una alta frecuencia de voltaje AC entre esos puntos de contacto, cuya origen estuvo en la unidad de control KERS y en un acoplamiento capacitivo esporádico de la red de alto voltaje a la red de 12 voltios. El voltaje pasó por la instalación eléctrica de la red de 12 voltios al volante y por el chasis de carbono de vuelta a la unidad de control".
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Fig.9 Mecánicos el equipo BMW-Sauber metiendo el monoplaza al box del equipo ©FIA
El equipo alemán también explicó que en ningún momento el piloto y el mecánico estuvieron en peligro, pues "sólo una pequeña cantidad de energía puede pasar por ese efecto de acoplamiento capacitivo. Aún así, la energía es suficiente para causar una reacción muy dolorosa. El piloto estaba aislado del coche por su mono y guantes, y por ello no corrió ningún peligro". Además en cuanto a la seguridad del mecánico, tuvo suerte de que el pico de tensión fuese de alterna, pudiéndose soltar en el acto, en cambio si hubiera sido de continua podría haberse quedado fijado al coche, pudiendo haber sufrido consecuencias mucho peores.
Este hecho aislado permitió avisar al resto de equipos de la necesidad de proteger a sus mecánicos y pilotos del peligro que el KERS podía producir sino se trataba con la máxima precaución. Siendo de esta manera, totalmente indispensable, la toma de medidas para la prevención de riesgos laborales. Un claro ejemplo de ello, es el uso de guantes aislantes.
    3.2 Incendio en la fábrica de Red Bull
En Julio de 2008, saltaron todas las alarmas en la fábrica de Red Bull Racing (ver Fig. 10), por la evacuación repentina de la fábrica debido al incendio y emanación de gases peligrosos debidos a la manipulación de las inestable baterías Ión-Litio del KERS. Hasta cuatro unidades del Cuerpo de Bomberos de Milton-Keynes tuvieron que acudir para sofocar el incidendio. Christian Horner, Team Principal del equipo, aseguró en declaraciones a la revista Autosport, que no le terminaba de convencer la idea de colocar un dispositivo de alto voltaje tan cerca del tanque de combustible de un F1.
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Fig. 10 Fábrica de Red Bull Racing en Milton-Keynes (Reino Unido). © Red Bull Racing
    3.3 Incendios y averías en pistaLos técnicos del Departamento de Ingeniería Eléctrica, de cada uno de los equipos ya advirtieron la posibilidad de riesgo para los pilotos y de incendios en carrera probablemente provocados por el KERS.
Como medida de precaución, se advirtió a los pilotos, que en caso de avería o fallo en el sistema de Recuperación de la Energía Cinética de la Frenada, debían saltar del coche con los dos pies a la vez, evitando poner un pie en tierra, mientras así el otro permanecía en el monoplaza; de este modo se evita el siguiente efecto (ver Fig. 11) en caso de descarga estática provocada por el KERS:
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Fig. 11 El piloto hace de circuito entre el coche y tierra
Por el cual, si existe una carga estática significativa en el coche, al poner el piloto un pie en tierra, y permanecer el otro en el vehículo, podría crearse una diferencia de potencial circulando corriente a través del cuerpo del piloto. Pretendiéndose evitar fenómenos parecidos a los del mecánico de BMW.
La primera alarma saltó en los tests invernales de Jerez en Febrero de 2009. Sebastian Vettel, vio como su vehículo se detenía en mitad de la pista con el indicador de fallo de KERS encendido, por lo que se vio obligado a abandonar el vehículo saltando con los dos pies en el aire (ver Fig. 12).
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Fig.12 Sebastian Vettel abandona el monoplaza saltando con los dos pies. © Sutton
Aunque en esta ocasión no sucedió nada afortunadamente, y todo resulto ser una falsa alarma. En cambio, en el GP de Malasia de 2009, un cortocircuito en el sistema, unido a las duras condiciones de calor y humedad del lugar junto con la inestabilidad de las baterías de Ión-Litio causaron un incendio en el monoplaza y nuevamente, el piloto, esta vez el finlandés Kimi Raikkonen, tuvo que saltar con los dos pies en el aire (ver Figs. 13 y 14). Este incidente demuestra la susceptibilidad del sistema a condiciones extremas.
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Figs. 13 y 14 Abandono y posterior incendio del Ferrari de Kimi Raikkonen. © Sutton
    3. 4 Balance del coche
Como el resto de componentes del monoplaza, el KERS también posee una masa y volumen, que según se distribuyan, también afectarán a la dinámica vehicular del bólido. Para comenzar, la masa total del dispositivo supone un lastre que produce una penalización de 1 s/vuelta. En un principio, no tiene mucho sentido correr con él cuando es posible conseguir los mismos tiempos sin necesidad de instalar este mecanismo y, los riesgos que entraña su funcionamiento para el resto del monoplaza y el personal correspondiente: mecánicos, comisarios, pilotos y personal médico.
Además para la temporada 2009, la FIA decidió bajar el peso mínimo de los vehículos con el piloto a 600Kg, medida que favoreció a los equipos que no incorporaron el KERS. Esta decisión produjo un gran descontento entre las otras escuderías que sí decidieron equiparlo, de hecho, BMW, mediante una protesta formal, pidió que se aumentara la masa mínima de cada bólido hasta los 650Kg para que aquellas escuderías que no equiparan el ingenio, llegaran al peso mínimo exigido con lastres de plomo colocados por distintas zonas del vehículo. No sólo eso, sino que todavía más, las escuderías con KERS, pese a colocarlo en un punto de gravedad bajo, todavía tienen que instalar lastres de 25 Kg para estabilizar el reparto de pesos en el tren delantero.
El reparto de potencia de la frenada, normalmente y en casi todos los circuitos, es de un 58% en el tren delantero y un 42% en el trasero; por ello lo lógico sería colocar el Flywheel en la parte delantera, pero no tiene mucho sentido, debido a las dificultades de espacio, y además se desequilibraría el balance de pesos del coche así como la estabilidad de la frenada en el frontal del F1. De esta manera, aunque las frenadas sean menos violentas en la parte trasera, al disiparse menos calor, no queda más remedio que instalarlo en el tren trasero por temas de dinámica vehicular (ver Fig. 15).
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Fig. 15 Recuperación de la Energía Cinética del tren trasero. © Magneti Marelli
Con lo que el sistema ya parte con la desventaja inicial de no funcionar de la manera más óptima posible.
Otra de las desventajas que afectan al uso del KERS es el efecto giroscópico, provocado por el flywheel del sistema. Ya que al fin y al cabo, un volante de inercia (ver Fig. 16) es un cuerpo con simetría de rotación que gira alrededor de su eje de rotación. Cuando se le somete a un momento de fuerza, el eje de rotación tiende a cambiar su posición de forma paradójica.
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Fig. 16 Flywheel girando
Imaginemos pues, que se pueden producir problemas de sub-viraje o sobre viraje en ciertas curvas (dependiendo de las características del circuito) escupiendo el monoplaza hacia fuera o hacia dentro de una curva. Además de su posicionamiento vertical, que finalmente fue el adoptado, Williams estudió el uso de un volante de inercia (ver Figs. 17 y 18) girando en posición horizontal, pero no llegó a usarse por dudas de un mayor efecto giroscópico pudiendo, como algunos catastrofistas pronosticaban, “hincar” o hacer “despegar” el vehículo durante su funcionamiento, y además sobre un centro de gravedad alto, detrás del reposacabezas del piloto.
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Fig. 17 Flywheel de Williams F1 girando en posición horizontal. © Williams F1 Team
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Fig. 18 Flywheel de Williams © Williams F1 Team
Se pueden hacer cálculos previos sobre el papel, previamente estimando la geometría de un trazado, pero ¿qué podemos hacer curvas como Eau Rouge? Ésta 29) es una curva ciega con un más de un 10% de desnivel y que se pasa a 320 Km/h y que además hace un zigzag (ver Fig. 19), entonces, ¿qué tenemos que vencer? ¿sobre-viraje, sub-viraje, hincado, despegue? En cualquier caso, como el efecto giroscópico acaba dependiendo de la masa y de la velocidad de giro, los ingenieros encargados de desarrollar este sistema, se cubrieron las espaldas creando un flywheel no demasiado pesado combinando el acero y la fibra de carbono.
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Fig. 19 Fernando Alonso superando la curva de Eau Rouge, GP Bélgica 2006. © FIA
Pese a no poder estimar a priori el efecto giroscópico sobre la dinámica de un Fórmula 1; sí podríamos mejorarla con apoyo aerodinámico y el control de tracción, para evitar los efectos del sub/sobre-viraje, pero coincidiendo con la introducción del KERS en la F1; también se introdujo la reducción aerodinámica (ver Fig. 20) y la eliminación del control de tracción en 2008 (ver Fig. 21).
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Fig. 20 Reducción aerodinámica 2009. Ferrari F2008 vs F60 © Ferrari
De esta manera, unida a la crisis económica, el Sistema de Recuperación de la Energía Cinética, entró a formar parte de la Fórmula 1 en uno de los peores momentos posibles.
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Fig. 21 Efectos de un F1 sin control de tracción ante una conducción descuidada

4. Futuro del KERS

En este punto, analizaremos cuál es el futuro del KERS tanto dentro como fuera de las pistas, presentando un panorama más o menos favorable dependiendo de su campo de actuación.
    4.1 Descartado por la FOTALa Asociación de Equipos de Fórmula 1 (FOTA) anuncio en el GP Japón de 2009, mediante una rueda de prensa, un pacto de caballeros por el cual, ningún equipo usaría en sus monoplazas el Sistema para la Recuperación de la Energía Cinética. Entre las razones argumentadas, destacan el escaso beneficio obtenido en carrera, la falta de consenso entre los equipos para introducir el mecanismo, la mala coyuntura económica y el haber sido “obligados” a utilizar el KERS. Pese a todo, la FIA sigue manteniendo una puerta abierta a este sistema, y su uso sigue recogido en el reglamento para 2010.
    4.2 Otras competiciones
Aunque pueda parecer lo contrario, el KERS no es patrimonio exclusivo de la Fórmula 1, se ha investigado su introducción en otras disciplinas del deporte del motor, como el mundo de las dos ruedas, o las pruebas de resistencia.
        4.2.1 MotociclismoLa introducción del sistema KERS en motocicletas de competición, se produjo por parte de Harald Bartol, Director Técnico de KTM Road Racing. Se pudo ver en el Gran Premio de 125cc de la Comunidad Valenciana del año 2008, donde el piloto japonés Tomoyoshi Koyama partiendo de la posición 15ª, adelantó 10 puestos antes de la primera curva gracias al novedoso sistema KERS.
Una de las limitaciones que de momento está tratando de solucionar KTM, es que el sistema KERS sólo funciona a partir de la tercera marcha y en determinadas zonas del circuito seleccionadas previamente. Además cuando entra en funcionamiento provoca que la moto sea muy inestable y el freno motor que simula hace que la rueda trasera patine con demasiada facilidad.
Este sistema supone una gran ventaja para los pilotos que tienen que llevar lastre en la moto para alcanzar el peso mínimo, ya que podrían sustituir el lastre por el sistema KERS que además le suministraría 3 CV de potencia extra.
El mecanismo lleva siendo estudiado desde 2003 por KTM (tan pronto o incluso antes que en la F1) y no se descarta que en un futuro sea usado en el resto de categorías o incluso en motos de calle.
        4.2.2 Peugeot y Le MansDonde el KERS está siendo un auténtico éxito es en el Peugeot 908 HY de las Le Mans Series. Se optó por desarrollar el coche con un motor Diesel V12, sumado al sistema de frenado regenerativo KERS.
Este último sistema se sabe que tendrá una potencia de 60kW e ira ubicado entre el motor HDI V12 y la caja de cambios en contacto con ambos, para la suma de ambos pares. Llevara un sistema de almacenamiento de 600 células de iones de Litio formando un conjunto de baterías de 10 packs. Dichos packs irán en la falsa plaza de copiloto (6 packs) y en el plano inferior del coche de la parte lateral izquierda (4 packs). La centralita electrónica que controla el sistema irá colocada detrás de la rueda delantera izquierda. El tiempo de carga de las baterías será de entre 20 y 30 segundos.
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Fig. 22 Distribución del sistema KERS Peugeot 908 HY. © Peugeot
El gran logro de Peugeot es que dicho prototipo puede funcionar de varias formas:
  1. De forma automática, apoyando al motor cuando se detectan recuperaciones o aceleraciones tras haber decelerado, ahorrando esfuerzo extra al motor térmico, y por tanto consumo de combustible, de gran importancia en las pruebas de resistencia. Es el modo más inteligente y autónomo, pues va actuando en mayor o menor medida, a pleno rendimiento o parcialmente según lo que el piloto requiera del coche en su pilotaje normal. Además, de esta manera, gracias al control de la ECU se evita que el sistema nunca permanezca ocioso, apoyando en todo momento al motor térmico.
  2. Según el piloto lo necesite. En esta circunstancia el motor entregará 80 CV extra, que podrán ser utilizados en adelantamientos o rectas.
  3. Recorrer el Pit-Lane en los repostajes solamente con el motor eléctrico. De tal forma, en los 20-30 segundos que invierten tan sólo en entrar y recorrer el pit a unos 80 km/h, y nuevamente no se consuma más combustible.
Con este sistema Peugeot da un gran paso en la utilización del KERS y da pie a que en otras competiciones también se aproveche la idea.

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