Viru+: Qué es y cómo funciona el sistema ERS (Parte I)
10 sep 2014  
Mercedes-AMG Petronas F1 Team

Compruebo, día a día, que aún a estas alturas de año (y de campeonato) hay mucha gente que no tiene muy claro como funciona el sistema ERS. Voy a tratar de explicarlo más detenidamente para que quede más cristalino. Además, trataré de explicar el porqué de sus fallos reiterados en algún que otro equipo.

Empecemos por el principio, ¿qué es el ERS? Es un sistema de recuperación de energía, y la palabra ERS es el acrónimo de Energy Recovery System. Este sistema genera energía eléctrica que se almacena en unas baterías, para luego impulsar la transmisión del coche en conjunción con el motor térmico, de combustión interna o como les gusta decir a muchos ICE (Internal Combustion Engine). Hasta aquí la teoría básica que explica que es el ERS, pero hay más…mucho más y voy a ir destripándolo poco a poco.

El ERS está formado por varios elementos que explico a continuación:

1.- MGU-H: Es un motor-generador eléctrico que se conecta al turbocompresor y se aprovecha del giro de la turbina (impulsada por los gases de escape) para generar energía eléctrica. El nombre MGU-H es un acrónimo en inglés que viene de las palabras Motor Generator Unit – Heat. Ese heat o calor puede llevar al engaño, ya que en realidad el motor-generador recupera energía mediante el giro de la turbina, no por el calor transferido. Es decir, es un sistema de recuperación de energía cinética. Me direis, ¿eso no era el KERS? En base si, pero el KERS estaba acoplado a la transmisión, y esta MGU-H está acoplada al turbocompresor.

Al ser además motor eléctrico, ayuda a que el compresor gane velocidad de giro más rápido y así comprima el aire de entrada mejor y más rápido, sin el temido lag o retardo que tienen los motores turbocomprimidos. Este retardo es debido a que los gases de escape tienen que vencer la inercia propia de la turbina, el eje y el compresor. Es la misma razón por la que cuando tratas de deslizar una caja sobre el suelo, la arrancada cuesta más pero una vez está en movimiento ya no hay que hacer tanta fuerza.

Veámos una imagen del dispositivo MGU-H junto con el turbocompresor:

MGU-H-Magneti-Marelli

Como podeis observar en la imagen, el dispositivo MGU-H está colocado entre la turbina y el compresor, girando solidariamente con estos. Cada motorizador elige dónde colocar la MGU-H, la normativa sólo exige que el eje de giro de ésta y del turbocompresor sean coaxiales.

La MGU-H va controlada electrónicamente por la ECU o Electronic Control Unit (unidad de control electrónico). Esta ECU es la encargada de gobernar el funcionamiento del MGU-H en modo generador eléctrico o motor, dependiendo de la carga de las baterías y dependiendo de la carga de trabajo y necesidades del motor térmico.

Para comprender el porqué del uso de este dispositivo, tendríamos que recordar que en un motor de combustión interna sobrealimentado, se desperdicia bastante energía, algo menos que en un motor atmosférico. De la explosión, se aprovecha realmente alrededor de un 20-25% a lo sumo. El resto escapa en forma de calor por rozamientos internos y calor en los gases de escape. Para evitar ese desperdicio, se propuso el uso de la MGU-H, adosada al turbocompresor. Así, el empuje de los gases de escape se aprovecha para comprimir el aire de entrada y, a la vez, para generar energía eléctrica que se usará cuando sea conveniente. De esa manera aumenta la eficiencia energética, importante sobre todo ahora que el consumo está restringido a 100 kg. máximo por GP y con caudales no superiores a los 100 kg/h máximo.

Otro punto a tratar es los fallos que se dan en esta unidad, ¿por qué se producen? La causa principal es el calor al que es sometida, ya que los gases de escape que pasan a la turbina suelen alcanzar unos 900º C de temperatura. El aislamiento de la unidad es primordial, pero al tener que funcionar durante períodos prolongados termina por recalentarse. El sistema de refrigeración está previsto para esto, pero en F1 es más importante el peso y las prestaciones que la fiabilidad, por lo que aunque se refrigera el turbocompresor por agua, no es una refrigeración que asegure totalmente la estabilidad de la MGU-H. Además está la reducción de carga aerodinámica, prevista en el reglamento. Esto ha hecho que los equipos hayan tenido que reducir la resistencia aerodinámica para aumentar la velocidad en rectas, y así compensar la perdida de carga aerodinámica. Pero esto es perjudicial para la refrigeración, así que otro problema añadido. Mercedes-Benz, para la fabricación de su motor, usa una solución ingeniosa, al separar la turbina y el compresor en dos piezas distintas. El compresor, y la MGU-H, van colocados en la zona del motor que se encuentra detrás del habitáculo del piloto. La turbina detrás, para dar salida rápida a los gases de escape. Pero ni Mercedes está exenta de problemas por culpa del calor, aunque si es cierto que su MGU-H puede funcionar por más tiempo y además otorga mucho más rendimiento que en los motores de Ferrari o Renault.

Bien, por ahora considero suficiente explicación que espero hayais entendido y comprendido. Pero esto es sólo una parte del total del sistema ERS, que os explicaré en sucesivas viru+.

Jero → http://www.twitter.com/jeroitim

Comentarios

  1. […] Continúo con mis explicaciones sobre el ERS en esta segunda entrega. Para los que aún no habeis leído la primera, o quereis repasar, haced click aquí. […]

  2. […] del sistema ERS. Si quieres conocer más sobre el ERS y la MGU-H pincha en los siguientes números (1, 2, 3). Pongo una foto del sistema usado por Ferrari, que no es igual que el de Renault o Mercedes […]

  3. […] del ERS, te recomiendo repasar aquellas viru+ que escribí en su día. Pinchando en los números 1 – 2 – 3 podrás leer cada […]

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