Como todos saben ya, para el año que viene la FIA cambia la normativa sobre motores. Estos pasan a tener una capacidad de sólo 1600 cc máximo, y además V6 en vez de V8 (arquitectura en V, pero 6 cilindros en vez de 8). Debido a este cambio radical de concepto (que no nuevo, ya que en la década de los 80 se utilizaron motores muy parecidos), los equipos tienen que cambiar su filosofía a la hora de construir motores, y vamos a estudiar cuales son las claves de ese cambio.
Para empezar, la primera clave es la propia arquitectura del motor y su cilindrada. La FIA ha permitido el uso de un turbocompresor para equilibrar la perdida de potencia, debida sobre todo a la menor cilindrada del motor (recordad que pasamos de 2400 cc a sólo 1600 cc). Para los que no sepais como funciona un turbocompresor, os diré que esta pieza se divide en dos realmente. Por un lado una rueda de paletas llamada turbina y por el otro, otra rueda de paletas llamada compresor, íntimamente ligadas por un eje transversal de giro. ¿Cómo funciona? La turbina del turbocompresor está conectada a la salida de gases de escape del motor, y el compresor a la entrada de aire limpio. Es fácil adivinar que los gases de escape moverán la turbina y al estar unida solidariamente al compresor por el eje de giro, transmite el movimiento a este último. Esto hace que el aire de entrada se comprima y entre más cantidad en el mismo volumen, luego entra más oxígeno y, por tanto, puedo inyectar más combustible para obtener más potencia. Hasta aquí todo muy bien, pero es que el compresor calienta el aire de entrada al cilindro, por lo que este contiene menos oxígeno disuelto y haría una combustión menos eficiente. Necesitamos usar otro elemento, llamado intercooler (intercambiador de calor o radiador) que refrigere ese aire de entrada y así conseguir que entre más oxígeno en la cámara de combustión.
Ahora nos damos de bruces con la segunda clave de diseño, el intercooler refrigera como cualquier radiador, esto es haciendo pasar aire a través de los huecos que forman los tubitos encargados de transportar el fluido (sea líquido o gas). ¿Cúal es el problema? Pues que al hacer pasar aire por entre esos huecos, se genera resistencia al avance o drag y esto es perjudicial para la velocidad punta que pueda alcanzar el monoplaza. Recordamos que los pontones laterales del monoplaza, hasta ahora, albergaban dos radiadores (agua y aceite), cada uno en un pontón. Soluciones veremos alguna que otra distinta, y de hecho la industria tiene soluciones de refrigeración casi a la carta. Pero Renault Sport F1 con la presentación de su RS34 o también llamado Energy F1 nos aporta una muy curiosa. Colocar el intercooler a un lado, ya que este es una pieza grande, e inclinarlo todo lo posible. Así generamos menos resistencia aerodinámica con una refrigeración óptima del aire de entrada.
¿Acaban aquí las complicaciones de diseño? No, en absoluto. La tercera clave del diseño está en las dos unidades de potencia que trabajan en conjunción con el motor térmico. Casi todos sabreis que es y en que consiste el KERS (Kinetic Energy Recovery System o Sistema de Recuperación de energía cinética). Tan sólo os digo que aporta unos 60 KW (80 CV) extras durante unos 6 segundos en cada vuelta, administrados por el piloto. Bien, el año 2014 nos depara un par de sorpresas. La primera sorpresa es que el KERS ahora se denomina MGU-K y aporta 120 KW, durante unos 30 segundos cada vuelta. ¿Cómo se ha conseguido este aumento de potencia? Pues haciendo que el motor eléctrico gire a más revoluciones (50.000 rpm frente a las 36.000 rpm de su antecesor). Además las baterías almacenan más carga, aunque el espacio tenga que seguir siendo reducido. La segunda sorpresa es otra unidad de potencia, que trabaja en consonancia con la anterior, que se denomina MGU-H y está directamente conectada con el turbocompresor. El motor eléctrico hace girar al turbocompresor mientras el motor gira a pocas rpm. La propia inercia de la turbina podría hacer que el turbo tarde un poco en comprimir el aire y en F1 el tiempo es oro, así que el motor eléctrico ayudará durante esos primeros instantes de aceleración a comprimir más eficazmente el aire de entrada. Además este motor eléctrico también funciona almacenando energía en las baterías cuando el piloto deja de pisar el acelerador, aprovechando la inercia del turbocompresor. Bien, el problema que se plantea es la refrigeración de las dos unidades de potencia eléctrica, que se tiene que hacer irremediablemente con refrigeración líquida, al igual que el motor de combustión. En fin, otro quebradero de cabeza más para los ingenieros, ya que ocurre igual que con el intercooler.
La cuarta clave del diseño esta en el ahorro de energía. Esto que acabo de decir parece una perogruyada, pero cobra su sentido si os digo que la FIA obligará el año que viene a cargar los depósitos de combustible con un máximo de 100 Kg, y además limitará el flujo de combustible máximo a sólo 100 kg/h. Aún más que la carga máxima de combustible, ese tope de 100 Kg/h en el flujo máximo es lo que traerá de cabeza a los ingenieros de motores. ¿Por qué? Hasta ahora se han usado habitualmente flujos de 170/180 Kg/h para obtener las potencias elevadas que se han obtenido y es fácil pensar que con hasta un 40% menos de flujo de combustible se deben de explorar otras soluciones para conseguir la máxima potencia posible. Para empezar el turbo ayudará, pero no puede compensar por si sólo esa carencia de combustible. Se espera que los motores ofrezcan su potencia máxima a unas 10500 rpm, es decir que hasta el límite de 15000 rpm impuesto por la FIA la potencia podría seguir constante o incluso decrecer un poco. Así que es tontería usar flujos máximos de 100 Kg/h por encima de esas 10500 rpm, sólo gastaríamos más combustible y no obtendíamos nada. Aquí entran en juego varios factores, para empezar las dos unidades de potencia eléctrica compensarán esa caida de consumo de combustible, y por otro la inyección directa hará más eficiente el uso de ese combustible. Digamos que los F1 de 2014 serán los vehículos más eficientes en la historia de la F1 y probablemente de los más eficientes a nivel automovilístico mundial, y gracias a la electrónica se usará la energía almacenada para hacer que el motor de combustión no tenga que ofrecer siempre su máximo en cada vuelta.
La quinta clave es la posición del escape, ya que la FIA impone una única salida de escape desde el turbocompresor para liberar los gases a la atmósfera. Esto hará replantearse el diseño del monoplaza en términos aerodinámicos, ya que el uso de los gases de escape con el fin de generar más agarre aerodinámico se verá muy mermado, al menos por ahora. El replanteamiento en el diseño pasa por utilizar esos gases de alguna otra manera, ya que no podrán ser canalizados hacia el difusor pero si podrían usarse carenados y jugar con flujos aerodinámicos. Ya veremos, y sabemos que gente como Adrian Newey son expertos en encontrar alguna laguna reglamentaria y exprimirla al máximo.
La sexta clave es los materiales a utilizar, pesos y geometrías permitidas. Empezamos por los materiales, ya que el bloque motor y la culata, además de elementos internos a estos, tendrán que ser convencionales, es decir las aleaciones usadas no distarán apenas de lo usado en motores de calle (acero y aluminio). Sin embargo, la FIA no limita el uso de materiales exóticos para los accesorios, esto es, los elementos adyacentes al motor de combustión. Ese uso de materiales exóticos comprende todo tipo de elementos, como bombas, turbocompresor (que al girar a más de 150.000 rpm hay que tener muy presente en que material se fabrica), salidas de escape (fabricadas en INCONEL, acero inoxidable y elementos aleantes que forman una superaleación) , baterías, refrigeradores y algún elemento secundario. Respecto a los pesos, deciros que al aumentar con el uso de las unidades de potencia, ahora la FIA permite un peso mínimo de 685 Kg en total para el monoplaza, además de que el motor ahora tiene que pesar un mínimo de 145 Kg frente a los 95 Kg del V8 actual. Esto hace que el diseño se tenga que replantear también, sobre todo a la hora de colocar los componentes para bajar el c.g. todo lo posible, además de mantener el c.m. lo más cerca posible del centro geométrico. ¿Y las geometrías? Pues ahora el interior del motor tendrá unas cotas bien definidas, lo que hará que buscar más potencia y par motor dependa del combustible usado, de las presiones del turbo (aunque estas no están limitadas, habitualmente rondarán los 3,5 bar de presión, en la calle rara vez se superan 1 bar de presión) y de la eficiencia de la inyección. Las geometrías son las siguientes: 80 mm de diamétro de pistón, 53 mm de carrera (distancia recorrida por el pistón), 90 mm de longitud de biela, además de la única salida de escape ya reseñada situada en la línea central del monoplaza, al igual que el turbo.
En fin, espero que entendais bien la dificultad que se van a encontrar los ingenieros al diseñar los monoplazas para el año 2014, y sobre todo el corazón de la máquina, que será primordial empezarlo a fabricar correctamente y que funcione desde el primer momento. Por último deciros que la FIA impondrá una limitación de 5 motores en total a usar durante todo el año, por lo que estas unidades deberán de ser, además de eficaces y eficientes, robustas.