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Técnica

La Unidad de Potencia en los Fórmula 1

MGU-H, MGU-K, Motor de combustión, ECU, Baterías y Turbo. Te explicamos cada elemento por separado y cómo se relacionan entre ellas para generar un vehículo de casi 1.000 CV

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En el siguiente artículo vamos a tratar de dejar claro cómo es la Unidad de Potencia de los Fórmula 1 a día de hoy. Atrás quedan los musculosos motores V10 y V8 que tanto ruido hacían y gustaban a los aficionados. Ahora tenemos unos sofisticados a la vez que complejos motores. Sabemos que tiene varias partes, MGU-K, MGU-H… Pero pocos conocen cómo funcionan realmente estos motores que tantos quebraderos de cabeza traen a los equipos e ingenieros.

Primero de todo, para comprender cómo funciona cada parte que compone el motor, vamos explicar qué es una máquina eléctrica. Sin irse por las ramas, una máquina eléctrica es un dispositivo que transforma energía eléctrica en otro tipo de energía, y viceversa. Este concepto es importante. Intercambia energía eléctrica por otra energía que normalmente es movimiento, es decir, energía cinética. Además, el intercambio es en ambos sentidos: cualquiera de estas máquinas puede producir energía eléctrica a partir de movimiento, o movimiento a partir de energía eléctrica.

Un ejemplo de máquina eléctrica es un molino de viento aerogenerador. Trabaja para generar electricidad con el movimiento del viento, pero si se quisiera, se podría revertir su funcionamiento y hacer girar las aspas aportando electricidad. Hay máquinas eléctricas en todos los lados, desde la lavadora de tu casa, hasta el transformador de tu teléfono móvil.

Un motor eléctrico es una máquina eléctrica

¿Y por qué explico esto? Porque en la unidad de potencia de los Fórmula 1 no hay una máquina eléctrica, sino dos. Estos son los MGU-K y MGU-H de los que tanto se habla. Pero claro, hemos dicho que son máquinas eléctricas, y que la mayoría de máquinas eléctricas convierten la energía eléctrica en movimiento, y el movimiento en electricidad. ¿Cómo funcionan pues el MGU-K y MGU-H?

MGU-K: Esta máquina eléctrica convierte electricidad en movimiento que va directamente al cigüeñal. Como hemos dicho, es reversible. También convierte el movimiento en energía eléctrica. Por tanto, el MGU-K trabaja de una forma tal que, cuando el coche está acelerando, el MGU-K trabaja de forma directa, donde transforma energía eléctrica en movimiento, como efecto un aumento de potencia del coche, porque se transmite más potencia al eje del motor. Sin embargo, cuando el piloto está frenando, o cuando simplemente se está reduciendo la velocidad, el MGU-K trabaja de forma inversa, produciendo energía eléctrica a partir de los giros del eje del motor.

MGU-H: Cuando el MGU-H trabaja de forma directa, los gases de escape que salen del motor mueven una turbina, que con su movimiento produce energía eléctrica. De la misma forma que todas las máquinas eléctricas, también puede trabajar de forma inversa. Pero, ¿de qué sirve que si trabaja de forma indirecta aporte energía a los gases de escape, que salen del coche? Realmente, lo que hace al trabajar de forma inversa es aportar energía a los gases que entran al coche. Moviendo otra turbina, comprime los gases de admisión. Es el que mueve el turbo del motor. Aunque como veremos posteriormente, no es el único responsable del movimiento del turbo.

Hay una clara diferencia entre el MGU-K y el MGU-H. El primero, trabaja cuando el coche está frenando, mientras que el segundo, al necesitar gases de escape, necesita estar en fase de aceleración. Es por eso que existen las baterías: acumulan la energía cuando se está frenando, para utilizarla cuando se va a acelerar.

Por otro lado, hemos dicho que el MGU-H solo trabaja cuando se acelera. Es por eso que la energía del MGU-H puede llegar a dos sitios: puede ir a las baterías para usarla después, o bien puede ir al MGU-K para usarla instantáneamente. Y el porcentaje de energía que va a usarse en el momento o que se acumula en la batería se controla con los mapas motores. Este es el concepto que tanto oímos de que los pilotos están “cargando las baterías” o cuando están usando el máximo de potencia.

Pero aún hay algo que no se ha dejado claro. Hemos dicho que el MGU-H trabaja de forma directa produciendo energía con el aire de escape, pero de forma inversa trabaja comprimiendo los gases de admisión. Y esto es imposible que lo haga a la vez, porque no puede trabajar en ambos sentidos simultáneamente. ¿Cómo es posible si el turbo tiene que estar girando siempre?

Aquí es donde nos toca explicar el funcionamiento del turbo-compresor y su relación con el generador MGU-H.

El turbo-compresor está formado por dos conductos con una turbina. Uno expande el aire y otro lo comprime. Trabajan a la vez. De esta forma, el aire que sale del motor se expande, mientras que el aire que entra al motor se comprime. Esto se trata de un intercambio de energía directamente. Sin embargo, el turbo-compresor solo funciona cuando el aire que sale del motor tiene cierta velocidad, por lo que al salir de las curvas, el coche no tiene la misma potencia que en plena recta. Eso es el famoso lag del turbo. Pero en estos coches de Fórmula 1 no ocurre así. ¿Por qué? Simplemente porque cuando el coche aún lleva poca velocidad, es el MGU-H el que aporta la energía para el aire de admisión.

Por lo tanto, el MGU-H trabaja de forma que cuando se acelera a bajas velocidades, aporta movimiento al compresor, pero cuando ya hay suficiente velocidad en el coche para que trabaje adecuadamente el turbocompresor, genera energía. ¿Cómo? Con el propio movimiento del eje en el que rota el turbo-compresor, que hemos dicho que se mueve con los gases de escape, es el mismo movimiento que usa el MGU-H para generar electricidad.

De esta forma, hay un flujo de energía que tratamos de representar con este esquema. La cantidad de energía que se puede transmitir entre cada componente, está estipulado por normativa. Para controlarlo, está la ECU. Así, quedan mencionados los 6 componentes del motor:

Esquema de la Unidad de Potencia en Fórmula 1

Turbocompresor: comprime el aire de entrada al motor con la expansión de los gases de combustión. Además, estos gases hacen girar el eje del MGU-H

MGU-H : con el movimmiento de su eje genera electricidad para las baterías. Cuando se acelera, aporta energía al compresor para evitar el lag.

Baterías: acumulan la energía eléctrica que generan tanto el MGU-k como el MGU-H

MGU-K: transmite la energía de las baterías al motor, y genera electricidad cuando se está frenando.

Motor de combustión: genera la potencia quemando gasolina.

ECU: Opera a modo de controlador de todos los elementos de la unidad de potencia.

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1 Comment

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  1. Manuel serrano

    11 junio, 2018 at 08:41

    genial artículo, había una duda que tenía y me la habeis resuelto, he descubierto vuestra web y será una habitual para seguir la f1 y leer artículos de técnica f1.

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Técnica

Petróleo, el recurso de oro en el automovilismo

De los GLPs a las parafinas pasando por los gasóleos

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En este artículo vamos a hacer un breve repaso a lo que supone este oro negro en la industria del automóvil pues a partir de él no sólo se obtienen gasolinas y gasóleos.

El petróleo es un líquido viscoso que se presenta en la naturaleza con tonos verdes, amarillos, marrones y negros. Se compone por hidrocarburos, esto es, compuestos formados por átomos de carbono e hidrógeno en cantidades variables.

Una vez hechas las presentaciones, toca hablar de lo que de verdad importa ¿por qué el petróleo es el recurso de oro en el automovilismo?

Mediante su destilación se obtienen diferentes compuestos según su punto de cambio de fase. Algo parecido a lo que ocurre, por ejemplo, si calentamos agua y aceite de oliva en una olla: al cabo del tiempo veremos que el agua se evapora, pero el aceite se mantiene porque no se ha llegado a su temperatura de ebullición.

No obstante, el petróleo es algo más complejo que esa mezcla de agua y aceite de la que hablamos, ya que en temperaturas por debajo de 0 grados centígrados se obtienen los primeros compuestos. Es el caso de los GLPs (Gases licuados del petróleo), como el butano o el propano. Si calentamos el crudo, el siguiente compuesto en aparecer en escena es la gasolina, seguida del queroseno y de los gasóleos, con puntos de ebullición variables entre 30 y 400 grados centígrados. Tampoco se deben olvidar a los aceites lubricantes, obtenidos también de la destilación de este recurso.

Torre de destilación. Fuente: Cepsa

De esta manera se consiguen los carburantes más utilizados hoy día en el automovilismo.

Estoy seguro de que algunos de vosotros ya estabais al tanto, pero ¿sabías que la parafina utilizada para medir el comportamiento del aire en los monoplazas también se obtiene del petróleo? En este caso se utiliza otro proceso llamado craqueo térmico o catalítico.

Y, por último, pero no menos importante, el asfalto. ¿Qué sería de las carreras sin asfalto? Este compuesto también se obtiene del petróleo siguiendo el mismo proceso que en el caso de la parafina.

Fabio Quartararo. Fotógrafo: JÖRG MITTER

Sin duda, este recurso no es uno más en la naturaleza, es una de las materias primas más importantes, objeto de comercio internacional.

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Fórmula 1

De los fardos de paja a las barreras TecPro: así ha evolucionado la seguridad en los circuitos

Hoy analizamos cómo han ido evolucionando las barreras desde los comienzos de la categoría reina, y la reducción de desgracias con el paso de los años.

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Corría el año 1975 cuando se celebró el último Gran Premio de España en el circuito de Montjuïc. Por esa época, la muerte de algún piloto estaba totalmente normalizada. Perdimos a pilotos como Jochen Rindt, Wolfgang von Trips, Alberto Ascari, Lorenzo Bandini… pero, antes de llegar al meollo del asunto, centrémonos en estos dos últimos casos.

Alberto Ascari, cuatro días antes de perder la vida probando un Ferrari en Monza, tuvo otro accidente del cual salió ileso, pero por los pelos. En Mónaco, circuito que por aquel entonces no contaba con apenas protecciones (como la gran mayoría), Ascari perdió la tracción del monoplaza al encarar la Nouvelle Chicane, pero hasta tal punto… ¡que se fue al agua! Por fortuna, Ascari logró sobrevivir. Quién diría que tan solo cuatro días después perdería la vida.

Gran Premio de Mónaco de 1950, primera victoria de Fangio – F1

Por otro lado, tenemos el caso de Lorenzo Bandini. En 1967, las medidas de seguridad implementadas en los trazados consistían mayoritariamente en poner fardos de paja como protecciones alrededor del circuito. Estos fardos absorbían gran parte del impacto, y obviamente, la deceleración del monoplaza al chocar era menos brusca que si el coche en cuestión chocara contra un árbol. Bandini, curiosamente en la misma recta que Ascari, perdió el control del monoplaza y volcó. Su Ferrari se incendió, prendiendo fuego así las barreras de paja que conformaban los exteriores del circuito y provocando un incendio masivo. Bandini perdió un brazo, y a los 3 días, la vida. Estos fardos de paja serían prohibidos tres años más tarde.

Muchos recordamos el accidente de Robert Kubica en Canadá. Viniendo de accidentes de gravísimas consecuencias a lo largo de los años, todos nos hicimos la siguiente pregunta: ¿cómo pudo Robert tener consecuencias tan leves? O lo que es lo mismo, vimos a Fernando Alonso volver andando tras su espectacular accidente en Melbourne hace ya cuatro temporadas. Es cierto que la seguridad en los monoplazas es algo vital, algo que hemos visto en accidentes como el acontecido en Spa en 2012 y 2018, y el de Romain Grosjean en Baréin hace un mes. Pero, dejando los monoplazas de lado… ¿cómo han ido evolucionando los circuitos en el apartado de la seguridad?

Pocos pueden imaginar una sola carrera de Fórmula 1 sin barreras. No obstante, lo cierto es que las barreras de seguridad no fueron obligatorias… ¡hasta 1974! Las escasas medidas de seguridad tomadas en los circuitos hasta establecerse la obligatoriedad de las barreras de seguridad se saldaron con terribles consecuencias, como el ya conocido desastre de Le Mans de 1955, donde el monoplaza de Pierre Levegh salió volando y 83 espectadores fallecieron.

Varios pilotos colisionan durante la salida del Gran Premio de España de 1975 – ESPN

Un año después de declarar obligatorias las barreras de seguridad en el gran circo, llegó el Gran Premio de España de 1975. En este Gran Premio, ya hubo múltiples quejas antes de la carrera, cuestionando la validez de los guardarraíles del circuito, y alegando que la sujeción entre los guardarraíles era muy débil y que un desafortunado golpe podría acabar en tragedia si algún piloto chocaba contra el muro. Los comisarios del circuito trataron de solventar esta situación arreglándolos, pero igualmente, pocos se fiaban de la seguridad del circuito. En la vuelta 26, Rolf Stommelen perdió el control de su Embassy GH1 y atravesó por completo el muro, atropellando a unos cuantos espectadores, de los cuales cinco perdieron la vida.

Durante esta época, además de los guardarraíles, eran frecuentes las vallas alambradas en los circuitos. Hubo otro susto parecido en la clasificación del Gran Premio de Sudáfrica de 1981, cuando Carlos Reutemann quedó atrapado y estrangulado entre los alambres tras colisionar contra las vallas. Los comisarios salvaron la vida del argentino. No obstante, lo peor llegaría en la carrera, cuando Geoff Lees impactó contra las vallas, cayéndose uno de los postes que sostenía el alambrado y golpeando en la cabeza del piloto británico, dejándolo inconsciente. Finalmente, Lees salió ileso y no hubo consecuencias graves.

Durante los años 80, otra medida de seguridad implementada en los circuitos fue la ya más familiar barrera de neumáticos. Lo cierto es que esta manera de proteger a los monoplazas estuvo vigente durante muchos años, y parecía la manera más segura de frenar el impacto de los monoplazas, para evitar mayores consecuencias. Las barreras de neumáticos contaban, obviamente, con un tubo protector en el que se ensartaban varios neumáticos, como si de una brocheta se tratase. Sin embargo, el riesgo de que algún neumático se saliera de la barra aun existía, y sucedió en muchas carreras, pero la más icónica fue en Interlagos, en 2003.

El coche de seguridad enfila la última curva de Interlagos tras el accidente de Alonso – F1

En medio de una torrencial lluvia que sacudía el trazado brasileño, Mark Webber perdió el control de su monoplaza e impactó contra el muro, perdiendo las cuatro ruedas, que quedaron esparcidas por la curva. Tras el accidente, ondearon banderas amarillas y el coche de seguridad salió a pista. Fernando Alonso, que rodaba tercero, no vio las banderas amarillas porque estaba discutiendo por la radio respecto a qué neumáticos calzar para el tramo final de la carrera, llegó a 270 kilómetros por hora a la última curva, e impactó contra uno de los neumáticos de Webber, yéndose contra el muro y haciendo saltar decenas de neumáticos que se esparcieron por la pista. Tras el incidente, se suspendió la carrera.

Por aquel entonces, se iba desarrollando el tipo de protección que tenemos hoy día en los circuitos: las barreras TecPro. Estas barreras comenzaron a ser producidas en 1998, y se han ido perfeccionando con el paso de los años tras diferentes accidentes. Consisten en varias capas de bloques de poliestireno que reducen de forma considerable los efectos del impacto de un monoplaza. Estas barreras han ido mejorando su función durante los últimos años y, ante el miedo de que algún piloto se quede atrapado bajo las barreras, como ya le pasó a Sainz en Sochi en 2015, se han ido desarrollando evoluciones.

De esta manera, con la implementación de las barreras TecPro, escalofriantes accidentes como el que sufrió Pastor Maldonado en Mónaco, en 2013, curiosamente en la misma curva que Ascari y Bandini, han quedado en simples sustos. Lejos quedan los fardos de paja que contribuyeron a que se incendiara el coche de Bandini. Hoy, gracias a las constantes investigaciones que se realizan acerca de la seguridad en lo que a monoplazas, pilotos y circuitos respecta, podemos disfrutar de una Fórmula 1 infinitamente más segura

Pastor Maldonado, tras sufrir un accidente en Tabac, en Mónaco, en 2013 – Eurosport

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Automovilismo

5 cosas que no sabías del mundo del motor

Damos respuesta a curiosidades del mundo del motor

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Hoy en MomentoGP os traemos un artículo diferente, dando respuesta a algunas preguntas que seguro, cualquier aficionado del mundo del motor se ha hecho alguna vez. O incluso nunca se las ha planteado. Seas del grupo que seas, de invito a que te quedes a leer este artículo. Como dice el dicho, ¡nunca te acostarás sin saber una cosa nueva!

Bien está lo que bien acaba

En comparación con la zona delantera, el diseño de la parte trasera de un vehículo es más importante en materia de reducción de consumos y resistencia aerodinámica. El principal motivo es que en la parte trasera se generan turbulencias (vórtices de Von Karman), principalmente a la salida del pilar C, que tienen una estrecha relación con el ángulo de la luneta trasera. Dependiendo de cómo giren estos vórtices, se genera un efecto arrastre en el conjunto que aumenta la drag y, por tanto, el consumo. Como apunte, para ángulos de la luneta trasera mayores de 15 grados, se incrementa la resistencia aerodinámica debido a las líneas de flujo.

McLaren Speedtail. Fuente: McLaren Automotive

A falta de pan, buenas son tortas (o no)

Si a un motor que está diseñado para usar gasolina de 95 octanos, se le alimenta con una de 98 octanos, éste no tiene porqué sufrir daños. Sin embargo, en el caso contrario, diseñado para 98 octanos y alimentado con 95, el motor podría sufrir un fallo catastrófico. ¡No es necesario que lo probéis en vuestros coches!

Surtidor de combustible. Fuente: Repsol

No es oro todo lo que reluce

La válvula EGR presente en los vehículos diésel permite disminuir la concentración de NOx (Óxidos de Nitrógeno), gases extremadamente nocivos para el ser humano. Sin embargo, como contrapartida, aumentan las emisiones de HC (Hidrocarburos) por reducirse la temperatura de la llama.

El fin justifica los medios

La disposición de los cilindros en los motores actuales (en línea, estrella, V, W, etc) depende de multitud de factores, pero los más influyentes son: equilibrado de fuerzas y pares, compacidad y facilidad de refrigeración. Por lo general, veremos motores de mayor potencia con configuraciones en V o W y configuraciones en línea para el resto.

Motor 4.2 V8 de Audi. Fuente: Audi

Divide y vencerás

¿Cuál es el criterio para que un coche sea tracción delantera o trasera? El motivo principal es el espacio disponible y el reparto de pesos, aunque hay otros que dicen que los coches de tracción trasera dan más sensación premium pues se suele reservar a vehículos de alta gama. Marcas generalistas como Renault, Peugeot o Fiat cuentan en sus filas con vehículos de tracción delantera porque sus motores son compactos: 3 o 4 cilindros y 1 o 2 litros de cubicaje. Esto permite que el espacio disponible en la zona delantera para montar el conjunto sea más que suficiente. Sin embargo, en marcas como Mercedes o BMW, vemos vehículos con tracción trasera o incluso total. La ventaja de esto es que liberas espacio en la zona delantera, permitiendo obtener mayores grados de giro. Podéis fijaros que un Mercedes-Benz gira más que un Dacia, por ejemplo.

¡Os invito a que nos contéis vuestras inquietudes sobre aspectos del mundo del motor a través nuestras redes sociales!

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