sábado, 20 de febrero de 2010

KERS: La aventura fallida - Parte 3


Así funciona el KERS y esto es lo que le espera
KERS: La aventura fallida - Parte 3
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.

5 El KERS en coches de calle

Conocido el coste de desarrollo de este sistema, es necesario saber cómo se va a amortizar. Una de las principales razones por la cual los grandes fabricantes, del sector de la automoción, compiten es por aplicar los descubrimientos de estas “fórmulas” a sus coches de calle; que es dónde realmente se obtienen los verdaderos beneficios.
    5.1 Efficient Dynamics BMWEl fabricante de automóviles alemán BMW, ha diseñado una gama de coches para la venta al público que incluyen un sistema similar al KERS. El llamado Efficient Dynamics 19) basado en la tecnología Brake Energy Regeneration. Se acciona el alternador que recarga la batería cuando se levanta el pie del acelerador (freno regenerativo aprovechando el freno motor) o se pisa el pedal del freno, donde se pierde Energía Térmica o degrada, que en ambos casos no es sino energía cinética residual transformada en eléctrica. De esta forma se produce electricidad sin consumir combustible para luego poderla usar.
Ya ha salido a la venta varios turismos que equipan esta ventaja, e incluso BMW está desarrollando el prototipo Vision Efficient Dynamics (ver Fig. 23), un prototipo que reúne tecnología híbrida en una carrocería y chasis totalmente deportivos. El BMW Vision Efficient Dynamics, equipa un sistema, basado en dos motores eléctricos que rinden hasta 80CV y 34 CV respectivamente, y un diesel tri-cilíndrico con un cubicaje 1,5L de 163cv potencia y que entrega un par motor 290Nm.
Trabajando los 3 motores a la vez, la potencia desarrollada es de 356cv y 800Nm de par máximo. A lo que hay que sumar un increíble consumo de 3,76 L/100Kmh y una emisión de CO2 99 g/Km.
Además del frenado regenerativo y el enchufado de las baterías a la red eléctrica, este modelo incluso genera electricidad a partir del calor de los gases de escape mediante un generador eléctrico de 200W.
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Fig. 23 BMW Vision Efficient Dynamics. © BMW
No se descarta que nuevos coches de calle vayan incluyendo el sistema KERS a un nivel más bajo que el visto en la F1. Peugeot parece que también lo montará en futuros coches.
    5.2 Ferrari F458
No solo BMW ha incorporado a sus coches de calle las ideas plasmadas en el KERS. Incluso la marca del Cavallino Rampante, ha incorporado esta tecnología a sus deportivos de calle. El modelo que ha recibido el conocimiento sobre el KERS desarrollado en la F1 es el nuevo modelo que será lanzado en 2010; el F458 (ver fig. 24).
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Fig. 24 Ferrari F458 © Ferrari
En este vehículo se han conseguido cifras increíbles para un coche de la gama Gran Turismo; todo ello gracias a la hibridación, por lo que este coche tiene un consumo mixto de 13,3l. Puede parecer excesivo para un coche de calle, pero si tenemos en cuenta que se ha mejorado la eficiencia energética de los bólidos rojos en un 50%, y que cuenta con un motor térmico que rinde 520 CV, gracias a un propulsor cuya configuración es de V8, con una cilindrada de 4500 cm3.
    5.3 Abandono Desarrollo = Descartado en coches de baja gama.Que los constructores de F1 descarten el uso del sistema KERS supone un gran traspié para un futuro uso de este sistema en coches de calle. Ya que si es verdad que coches como el BMW Efficient Dynamics y el Ferrari F450 lo incorporan, podríamos considerar a estos como coches de gama alta. Ya que su precio va de 30.000€ en adelante.
Ahora mismo el KERS es concebido como un sistema auxiliar que puede ayudar al motor térmico en momentos puntuales, pero con el abandono del desarrollo de este sistema se está perdiendo una gran oportunidad para conseguir energía que a día de hoy se desaprovecha. Energía que se podría usar en exclusiva tanto para propulsar, o para sistemas auxiliares.
Aunque el abandono provisional de este sistema por los equipos F1 no supone la desaparición de éste, ya que como hemos visto, se está desarrollando para otras competiciones y sigue recogido en la normativa. Pero de cara al gran público, su uso en la categoría reina del motor, es una medida de presión y de marketing, para ser visto con buenos ojos por parte del consumidor, que hasta ahora estaba dando una mala reputación para un futuro uso en coches de calle, debido a la polémica surgida en torno al sistema por accidentes, disputas legales…
Ya que si adquiriera popularidad, el gran público podría estar dispuesto a desembolsar más dinero para adquirir vehículos que poseen un coste superior, que si aumentase su volumen de fabricación, en un futuro bajaría el coste de venta de los vehículos por mejorar la tecnología de producción por tratarse de un caso de Economía de Escala.

6. Conclusiones

Es bastante probable que el abandono temporal del KERS haya supuesto perder una oportunidad histórica para hacer de la Fórmula 1 un deporte realmente comprometido con el medio ambiente y aunque muchos no lo crean; más barato.
Pese a que el calentamiento global no entiende de crisis económicas, la actual coyuntura no es la más idónea para implantar un nuevo sistema, novedoso y sofisticado, que requiere de una gran inversión, de hasta 50 millones de € y además de la manera que fue impuesta por la FIA para luego permitir a otros equipos no usarla por acabar siendo contraproducente. Muchos equipos han visto seriamente como su imagen de marca ha sido dañada por esta tecnología; un claro ejemplo de ello es el equipo BMW-SAUBER (principal impulsor del KERS) para publicitar su tecnología Efficient Dynamics en la venta de sus coches de calle; teniendo que retirar rápidamente la publicidad de este sistema del exterior de sus monoplazas para evitar quedar en entredicho, y con posterioridad incluso llegando a abandonar la competición.
Desde el punto de vista económico pese a ser un desastre, se podía vislumbrar que el desarrollo del KERS, a medida que mejorase su tecnología de producción, iba a permitir la reducción de costes debido a que se preveía que la potencia de este mecanismo aumentaría con los años, mientras que la potencia del motor térmico disminuiría, necesitando así por tanto menos combustible para alimentar la propulsión del monoplaza, así pues disminuiría el coste incurrido en su consumo y en su logística, ya que se tendría que desplazar menos cantidad de combustible a los circuitos; además los motores térmicos soportarían un estrés menor, por estar más repartido el esfuerzo de autopropulsión entre el dispositivo electromecánico y el “convencional”, por lo que la probabilidad de “romper” disminuiría y también el nº de motores a fabricar, pudiendo reutilizarlos en más carreras, disminuyendo también el coste de estas dos maneras.
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Fig. 25 Plan de implantación del KERS previsto por la FIA. © Infografía AS
Además, las “escuderías cliente” (aquellas que no son garajistas y motorizadoras al mismo tiempo, por ejemplo: Red Bull, Williams…) ante el dudoso rendimiento en pista mostrado, no estaban dispuestas a invertir dinero en un sistema que sólo podría repercutir beneficios a aquellas escuderías con presencia en el sector comercial: Ferrari, McLaren-Mercedes, Renault, BMW y Toyota. Por poder aplicar esta novedad es sus cadenas de montaje. Por otra parte, muchas escuderías ante el desarrollo de una nueva normativa aerodinámica, vieron una vía de escape (ver Fig. 26) más barata para conseguir ser más competitivos: el doble difusor. Consiguiendo una ventaja en carrera, mientras las escuderías “tradicionales” que se centraron en el desarrollo del KERS por prestigio de marca y en aras de un futuro comercial. De esta manera, las “escuderías cliente” desarrollaron una inteligente estrategia empresarial.
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Fig. 26 Comparación entre el “doble difusor” y el “convencional”. © El País
Desde el punto de vista deportivo, los aficionados creen que esta invención va en contra del espíritu de la F1, por considerarlo una adulteración de la más pura esencia de la filosofía del mundo del motor. Los equipos no han visto un rendimiento significativo en esta tecnología, salvo el equipo McLaren Mercedes al final de la temporada con una mejora en las evoluciones de su monoplaza, y el resto de equipos en las largas rectas, para ser evitar ser adelantados por equipos que desecharon el KERS desde el principio de la temporada como Red Bull o Brawn GP. Es paradójico que un sistema que iba a mejorar la actuación de los coches, ha resultado contraproducente, ya que complicaba tremendamente el balance del automóvil de competición por ser situado en punto con centro de gravedad alto.
Desde el punto de vista técnico, el uso del KERS bajo gobierno de P2P no tiene ningún sentido, teniendo en cuenta el orden de crecimiento de la curva de par de un Fórmula 1 (verFig. 27), que aunque al principio la del motor eléctrico sea más elevada (ver Fig. 28), en seguida, el par de torsión que se impone es el generado por el motor térmico, además hay que tener en cuenta que un Fórmula 1 pasa de 0-200Km/h en 3,8s y casi “al ralentí”, puede entregar casi 100cv y el KERS actual como máximo rinde 80cv.
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Fig. 27 Curvas de par (verde) y potencia (azul) de un Fórmula 1
En este sub-apartado, hay que aclarar que porque el KERS rinda 80CV y el V8 de 2.4l rinda 700CV, no significa que actuando juntos, el vehículo esté desarrollando 780CV de potencia. En las primeras fases de aceleración, el KERS desarrolla un par motor mayor que el motor térmico del monoplaza (característica de los motores DC eléctricos (ver Fig. 28)).
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Figs. 28 Curvas de par de un motor DC frente a un motor térmico (izquierda) y relación de marchas de un motor DC (derecha) © Emilio Larrodé Pellicer
Con lo que cuando el piloto pulse el botón de P2P, en la primeras fases de aceleración, si el par generado por el motor eléctrico es mayor que el del térmico, quien realmente está propulsando al vehículo es el KERS (esto sucede por encontrarse tanto el eje de la caja de cambios, como el piñón cónico del KERS, conectados a un mismo acople. Sucede en cierta parte incluso habiendo un sumador de pares) y no el motor térmico. Pongamos un ejemplo sencillo; imaginemos que nuestro coche se ha quedado sin batería, y en ese caso, no nos queda más remedio que arrancarlo a “empujón”; si nos ayuda nuestro hijo, o nuestro hermano pequeño, su ayuda es simbólica, quien realmente empuja al coche son los adultos. Trasladado a la Fórmula 1, en el momento que un dispositivo gire con más par, arrastrará al otro.
De este modo, es necesario un control de la ECU, que detecte en todo momento qué dispositivo está generando más par, para así no descargar inútilmente las baterías o gastar combustible de forma inútil.
Así, vistos estos datos, el uso del KERS cuando el coche ya está lanzado en una recta es inútil; el dispositivo únicamente es interesante en la salida de las curvas cuando se toma el rebufo (ver Fig. 29) del coche que tenemos inmediatamente delante para adelantarlo, ahora sí funcionando como push to pass, pero el intervalo de tiempo que tenemos ventaja puede ser muy corto, hasta que el motor térmico alcance al eléctrico.
¿Cuánto dura este intervalo? ¿1/2 segundo? ¿Quizá menos? (Aunque medio segundo puede ser clave en la F1 para rebasar al monoplaza que se tiene delante) Tampoco es un sistema útil para neutralizar las pérdidas en los cambios de marcha, cuando un Fórmula 1 recupera en cuestión de centésimas de segundo.
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Fig. 29 Felipe Massa a rebufo de Kimi Raikkonen. © FIA
De este modo, en caso de haber adelantamiento, la ventaja se produce al principio y no al final de la maniobra de adelantamiento cuando los coches ya están emparejados; contrariamente a lo que uno pueda creer.
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Fig. 30 Adelantamiento entre Fernando Alonso, David Coulthard y Nick Heidfeld. © FIA
Como última conclusión a tomar, vistos los argumentos y a favor en contra, queda muy claro que el KERS estuvo mal enfocado desde el principio utilizándolo como P2P, es mucho más efectivo su control bajo gobierno de la ECU y no del piloto, ya que este último no conoce con exactitud hasta cuándo el par del KERS es mayor que el del propulsor térmico. Para así, poder utilizarlo como propulsor, en momentos en los que el vehículo no requiere de alta potencia ni velocidad, como por ejemplo, en los momentos con coche de seguridad en pista (ver Fig. 31), o en pit stops. Tal y como se gobierna Peugeot en las 24 de Le Mans. Con lo que concluimos que el verdadero fin del KERS debe ser el ahorro (tan necesario en esta época) y no la velocidad.
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Fig. 31 Safety Car en pista. GP Singapur 2008 © FIA 23
Por último, todavía sin resolver, queda por conocer el factor social, ¿alguien se imagina este deporte sin el particular bramido de sus motores? Quizá el Gran Circo perdería parte de su magia si los motores fueran tan silenciosos como en un Toyota Prius.
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Fig. 32 Motor BMW P86/9 funcionando al máximo de revoluciones en banco de pruebas. © BMW

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