La velocidad como primer leitmotiv

Muchas palabras pueden usarse para describir a la Fórmula Uno. Y, si bien algunos hasta se prestan a la polémica por su dualidad, nadie puede discutir que “velocidad” es una de ellas. El deseo del hombre por ir cada vez más rápido y de romper sistemáticamente los límites ha permitido que, en menos de medio siglo de historia, las carreras de autos hayan encontrado su máxima expresión en una categoría creada en la Belle Époque y oficializada en 1949. Este círculo de élite, conocido como Fórmula Uno, solo le era permitido a los autos y pilotos más veloces del planeta, de acuerdo al reglamento establecido (hasta el día de hoy) por la FIA.

En sus orígenes, estos vehículos eran comandados por pilotos temerarios que, con escasa protección para su seguridad, intentaban “domarlos” a velocidades que rondaban los 300 km/h. Resulta increíble –y hasta escalofriante– pensar que esto se realizaba con neumáticos y frenos que hoy parecen casi prehistóricos. Pero el objetivo era claro: ir lo más rápido posible, a como dé lugar. Para ello, los equipos buscaban aumentar la potencia de sus motores y mejorar la capacidad para frenar y controlar los vehículos en las curvas, mediante soluciones diversas e ¡incluso delirantes! El Tyrrell P34 de 6 ruedas –construido en los 70– da cuentas de ello.

Más adelante en el tiempo comenzaron a observarse cambios radicales en el diseño de los vehículos, producto del avance de la aerodinámica. La forma de cuña fue luego acompañada por llamativos alerones, todo con el objetivo de generar una carga aerodinámica que “pegue” los autos al piso. Y, en sociedad con neumáticos mucho más evolucionados, fue posible alcanzar una velocidad en curva que nuevamente pondría en jaque los límites que hasta los mismos ingenieros pensaban imposibles de transgredir no mucho tiempo atrás. Y ni hablar del efecto suelo…

Un cambio de paradigma

La Fórmula Uno es en sí misma un vasto y complejo universo que evoluciona continuamente, pero el foco en los motores es una constante en esa historia. El objetivo de lograr completar cada carrera en el menor tiempo posible también ha permanecido inalterable y es algo que depende en gran medida de la potencia entregada por las plantas motrices. Pero, si bien es cierto que en el pasado no hubo demasiados reparos ni limitaciones técnicas orientadas a promover su eficiencia –se buscaban muchos caballos y mucho torque–, esto ha cambiado radicalmente en nuestros días debido a que la dimensión de la velocidad y la búsqueda de potencia no son las únicas variables que están en juego.

Los motores no pudieron burlar al progreso y debieron abandonar la dependencia absoluta de la gasolina e incorporar la dimensión híbrida en su concepción. Y es por eso que su nombre cambió a “unidades de potencia”.

¿Un vehículo de Fórmula Uno híbrido? Solo algunos años atrás esto podía sonar tan ridículo como cuando Edison reflexionaba sobre la corriente alterna de Tesla. Pero al final fue lo que pasó, en ambos casos. En el 2009 se introdujo la posibilidad −opcional− de recuperar parte de la energía perdida durante las frenadas, que luego podía ser usada por el piloto para insuflar 80 CV extras durante unos siete segundos por vuelta. Esto fue posible gracias un sistema denominado KERS (Kinetic Energy Recovery Systems), cuya utilización no fue obligatoria hasta el año 2014, temporada en la que se implementaron una serie de cambios que les pusieron fin a los motores convencionales y sellaron el comienzo de una nueva era.

Unidades de potencia

El sublime rugido de los motores aspirados de entre ocho y doce cilindros en V era como una sinfonía, que lograba emocionar hasta al espectador más distraído. En búsqueda de mayor potencia llegaron a girar a casi 20.000 RPM, produciendo un sonido agudo que calaba en lo profundo del alma. Sin embargo, no pudieron burlar al progreso y debieron abandonar la dependencia absoluta de la gasolina e incorporar la dimensión híbrida en su concepción. Y es por eso que su nombre cambió a “unidades de potencia”.

Para entender las características principales de las unidades de potencia que desde el 2014 le dan vida a este deporte, hay que comenzar con lo que significó el retorno de un dispositivo abandonado allá por 1989: el turbocompresor. Los nuevos motores V6 de 1,6 litros vieron regresar a una de las tecnologías que revolucionaron a la categoría décadas atrás, no sin antes haber atravesado por años de lucha para lograr una confiabilidad aceptable.

En su momento, el poder de esos autos pareció ser demasiado para los mortales –se estima que en los años ‘80 la potencia pudo haber superado los 1.200 CV–, pero ahora el retorno del turbo permitió bajar la cilindrada de los motores y con ello el consumo en al menos un 35%. Esta reducción también fue posible gracias a la restricción del régimen de giro, que está limitada a 15.000 RPM. Y, si bien ningún motorista se atreve a mostrar sus cartas, los especialistas aseguran que las unidades de potencia actuales de Mercedes-Benz –que dominaron la categoría en los últimos años, a pesar del repunte que viene mostrando Ferrari en este 2017– podrían estar arañando los 1.000 CV.
La reducción del consumo se convirtió en un objetivo ineludible, ya que la FIA estableció fuertes restricciones en la cantidad de combustible que pueden utilizar los autos por carrera, que se resumen en un tope a la velocidad de flujo de 100 kg/hora y a un total de 105 kg por carrera. Como referencia, los V10 demandaban 194 kg/hora de alimento.

Sistema de recuperación de energía (ERS)

Para disminuir el consumo de combustible, aumentar la eficiencia de los motores se planteaba como la única opción viable. Los motores térmicos de ciclo Otto tienen entre un 25 y un 30% de eficiencia térmica, cifra que puede resultar escandalosa ya que expone una pérdida de más del 70% de la energía, que no se transforma en movimiento. El agregado del turbo fue el primer paso para elevar ese porcentaje, pero el cambio más novedoso se produjo por la incorporación de motores-generadores eléctricos (MGU), que en conjunto permitieron elevar el aprovechamiento del combustible a prácticamente un 50%, algo jamás pensado para un motor propulsado a gasolina.

El sistema de recuperación de energía o ERS (Energy Recovery System) está compuesto por dos elementos principales: el MGU-K (o Unidad Motor-Generador Cinético) y el MGU-H (o Unidad Motor-Generador Térmico). Estos se complementan con un tercer módulo que es la batería encargada de almacenar la energía, proceso gobernado por una sofisticada computadora.

El primer elemento es un derivado del KERS del 2009, es decir una máquina eléctrica que actúa como motor o generador (convirtiendo la energía eléctrica en mecánica o viceversa) y que se encuentra conectada al cigüeñal del motor. Cuando el piloto pisa el freno el MGU-K hace de freno motor, colaborando para disminuir la velocidad y convertir esa energía cinética en electricidad, siendo capaz de almacenar un total de 4 MJ (megajoules) y regenerar 2 MJ por vuelta. Y cuando se necesita el máximo de potencia, el MGU-K ayuda al motor térmico a impulsar las ruedas. Según la reglamentación actual, este sistema solo puede recuperar y suministrar una potencia pico de unos 161 CV durante 33,3 segundos por vuelta a modo de overboost.

Resulta interesante notar que estamos frente a uno de los desafíos que nos propone la tecnología en general, materializado en un monoposto: la disyuntiva entre las emociones y la eficiencia.

El segundo elemento fue introducido en 2014 y también es una máquina eléctrica capaz de ser motor o generador, pero que está unida mecánicamente al turbo (los motoristas la colocaron en el mismo eje que las turbinas). Su objetivo es mitigar dos de los principales inconvenientes de los motores turbo, que son la progresividad en el funcionamiento de la mecánica y el retraso en la respuesta del turbo −turbo lag−, cuestiones inadmisibles en el mundo de la competición. Para ello, el MGU-H actúa en dos fases bien diferenciadas: primero como motor, para asegurar que el régimen de giro del turbo siempre esté de acuerdo a la demanda del motor de combustión, principalmente cuando este se encuentra girando a un régimen bajo que no insufle el volumen de gases de escape suficiente para activar la turbina con plenitud; y segundo como generador, cuando el motor sí se encuentra girando a un régimen elevado –como en rectas o curvas rápidas–, haciendo que el turbo revolucione con tanta vehemencia que pueda cumplir por sí solo con la demanda del motor y tenga resto para impulsar al MGU-H y convertir ese movimiento en electricidad. Se aprovecha entonces la energía térmica de los gases de escape, que de otra manera se perdería. La energía recuperada no se encuentra limitada como en el caso del MGU-K, pudiendo utilizarse tanto para impulsar el turbo como para alimentar al MGU-K. Como dato de color, este sistema fue uno de los que le permitió diferenciarse a Mercedes-Benz del resto de los motoristas, ya que idearon una disposición de las turbinas y del MGU-H que redundaron en una menor contaminación térmica entre las turbinas de gases de escape y de admisión por su gran separación (situadas una en cada extremo del motor), que derivó en intercambiadores de calor más pequeños y livianos que los de la competencia. Una solución simple pero brillante.

Al haber motores eléctricos involucrados, indefectiblemente debe existir un sistema de almacenamiento de energía. Cuando los MGU funcionan como generadores cargarán la batería, mientras que al comportarse como motores le solicitarán energía. Sin embargo, los motores son trifásicos de corriente alterna, mientras que la batería puede cargarse y suministrar corriente continua, así que entre ambos se hallan los “convertidores”, dispositivos encargados de realizar dicha adecuación eléctrica. La velocidad con la que se produce esta alternancia en el comportamiento motor-generador (con el consiguiente cambio en el sentido de flujo de la energía entre todos estos dispositivos) es infernal; hacer que todo se gestione con efectividad resulta un desafío titánico.

El derrame en los vehículos de calle

Más allá de lo emocionantes que puedan resultar las carreras para los espectadores, lo que ocurre en los circuitos no se circunscribe exclusivamente a la competencia. Las automotrices utilizan a la Fórmula Uno como un gran –y costoso– laboratorio para ensayar soluciones que luego aplican en sus vehículos de calle. Estas incluyen desde suspensiones, frenos, neumáticos y motores hasta la precisión aerodinámica de la carrocería. Pero, ¿esto se ve reflejado únicamente en costosos y exclusivos vehículos deportivos? La respuesta es no, ya que en los últimos años los que más se beneficiaron de este derrame tecnológico fueron los populares automóviles híbridos.

El futuro de los vehículos probablemente sea puramente eléctrico, pero hasta que ello ocurra es razonable pensar que se profundizará la utilización de los híbridos, al menos hasta que el costo de las baterías, su autonomía y la velocidad de carga se optimicen. Una de las principales características de todos los vehículos híbridos es su capacidad para recuperar la energía que se pierde durante la fase de frenado; esto va en línea con lo explicado sobre el MGU-K y caracteriza tanto al nuevo Clase C híbrido de Mercedes-Benz como a los populares Toyota Prius y Chevrolet Volt. Incluso, vehículos más accesibles y pequeños como el nuevo Suzuki Swift ya cuentan con sistemas similares, cuya única finalidad es reducir el consumo y supone un adelanto de lo que la industria probablemente comience a implementar de manera masiva en los próximos años. Y también es de esperar que los sistemas de control, las baterías y los convertidores se vuelvan más baratos, duraderos y eficientes en los vehículos de calle gracias a las lecciones aprendidas en la competición.

Si ahora consideramos a los “superautos”, notaremos que la introducción de estas tecnologías fue aún más inmediata y radical. En 2013 Ferrari presentó a LaFerrari, modelo que reemplazó a la Enzo y se convirtió en el primer vehículo híbrido de la marca. Dispone de un sistema KERS similar al empleado en la F1, que le permite reducir el consumo en un 40% y proveer de 163 CV extras al motor térmico, un brutal V12 de 6,3 litros y 800 CV. Su precio es muy exclusivo, ya que las 499 unidades fabricadas tenían un costo base de $1,3 millones de Euros. Otros automóviles de similar tenor deportivo y planteo híbrido son el McLaren P1, que también incorporó todo el know how obtenido por la escudería en las carreras (posee un motor V8 biturbo de 3,8 litros y 737 CV, que se complementa con un KERS de 179 CV), y el Porsche 918 Spyder, un impresionante purasangre dotado de un motor V8 de 4,6 litros que entrega 608 CV y dos motores eléctricos, uno de 156 CV ubicado en el eje trasero y otro de 129 CV colocado en el eje delantero.

Un futuro incierto

A pesar de que las sofisticadas unidades de potencia demostraron ser muy eficientes, rápidas y potentes, también se han caracterizado por un sonido poco convincente, por la inequidad que provocaron entre las escuderías y por ser muy costosas. Estas concesiones resultan muy desafiantes, tanto para las autoridades de la FIA como para los nuevos dueños del circo (Liberty Media). Por ello, se está analizando seriamente la posibilidad de volver a utilizar motores convencionales a partir del 2021, que sean más ruidosos y baratos.

A pesar de que las aguas están divididas y que el futuro de la máxima categoría es actualmente una incógnita, resulta interesante notar que estamos frente a uno de los desafíos que nos propone la tecnología en general, materializado en un monoposto: la disyuntiva entre las emociones y la eficiencia. Parecería ser que las soluciones que ofrece la tecnología resultan convenientes, eficientes y en muchos casos económicas, pero al mismo tiempo son menos atractivas en términos sensoriales y de disfrute. Encontrar el equilibrio entre todas estas variables es algo que la humanidad se cuestiona a diario y que por lo visto aún no tiene una respuesta clara, como ocurre con los motores de la Fórmula Uno. Cada lector tendrá, entonces, una respuesta diferente a esta interrogante.