TECNOECOLOGÍA
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Le Mans y los híbridos del futuro

  • Los prototipos sirven como laboratorio para muchas tecnologías

Los grandes fabricantes invierten ingentes sumas de dinero y recursos en la competición. Este gasto se computa bajo el concepto de I+D porque la mayoría de los carísimos componentes que hacen más veloces, fiables y seguros sus vehículos acaban teniendo como destino los que comercializan en sus concesionarios. 

Ese suele ser itinerario, pero en el caso de Toyota y la tecnología híbrida, el sentido ha sido justo el opuesto. Aquí, antes fue el huevo que la gallina. Antes el Prius que el TS030 Hybrid, el primer prototipo híbrido con el que en 2006 atacaron las 24 Horas de Le Mans. Es decir, el predecesor del TS050 con el que hace sólo unos días la marca japonesa volvió a competir en la prueba reina del FIA World Endurance Championship (WEC). Desde 2012, primero Audi con el R18 e-tron quattro hasta 2014 y, desde 2015 y hasta la edición de este año, con el Porsche 919 Hybrid, un año tras otro ha ganado esta mítica carrera un coche híbrido.

El objetivo, en cualquier caso, no cambia. Lo explica Yoshiaki Kinoshita, presidente de TMG. “Seis o siete años antes de lanzar el TS030 Hybrid nos dimos cuenta de que nuestro desarrollo de motores de carreras tenía que ayudar a nuestros coches de calle, de lo contrario nuestro esfuerzo no significaría nada. Por ese motivo decidimos traer nuestra tecnología verde a las carreras: para hacer que nuestros coches fueran más eficientes. Nuestra ambición es probar nuestra tecnología híbrida en la pista para que nos ayude a desarrollar mejores coches de calle del futuro”.

En la otra trinchera, la de Porsche, también valoran el potencial de futuro de todos esos dispositivos que ensayan de manera experimental en pistas como Silverstone, Spa-Francorchamps, Nürburgring, Austin o Fuji, circuitos todos que son sede de una de las nueve pruebas de este Mundial de Resistencia. “El diseño ligero, la aerodinámica, los motores turboalimentados de cilindrada reducida, los conceptos híbridos o la ampliación de la autonomía de vehículos eléctricos son apartados extremadamente importantes para el futuro de Porsche y, por ello, se prueban nuevas soluciones para cada una de estas áreas en las 24 Horas de Le Mans y en el Campeonato del Mundo de Resistencia”, señalan desde el departamento de I+D de Porsche AG.

El TS050 se construye en Colonia, pero más de la mitad de su tecnología híbrida tiene como punto de origen el departamento de producción híbrida de Japón. “Desarrolla parte de los sistemas de competición y recupera el know-how y las tecnologías para usarlos en los coches de calle”, añade el capo de TMG. Para sacarle el máximo partido a esa experiencia, la mitad del equipo de ingenieros especializados en el área híbrida experimenta rotaciones para exportarla del departamento de competición a la propia matriz con mayor eficacia.

Muchos se preguntarán por qué el WEC y no la F1 que, en la actualidad, también puede aportar amplios conocimientos en la sinergia de un motor térmico con uno eléctrico y los sistemas de recuperación de energía. La razón es que estos prototipos del Mundial de Resistencia están infinitamente más próximos a un coche de serie que a un monoplaza de los que pueblan las parrillas de los grandes premios. No es casualidad que Toyota, pero también Porsche, que el pasado 18 de junio consumó su decimonovena victoria en las 24 Horas de Le Mans con el 919 Hybrid, sean dos de las marcas cuya gama híbrida crece con más vigor.

Misma prioridad, distintos objetivos

Ser eficientes. Un híbrido ‘de calle’ y uno de competición comparten prioridad, aunque con un distinto fin. El mejor rendimiento energético acaba traduciéndose en el primero en un ahorro en el bolsillo; en el segundo permite ahorrar algún que otro repostaje y diseñar depósitos más pequeños. Si es así es porque circuitos como el de Le Mans hay zonas muy rápidas a las que le siguen fortísimas frenadas en las que los sistemas de recuperación de energía son capaces de almacenar mucha carga para consumirla en las fases de aceleración. Esa inyección de potencia, claro está, no acarrea un gasto extra de combustible, por lo que compensa con creces la desventaja del sobrepeso que supone apostar por la tecnología híbrida.

En las sucesivas generaciones y versiones del Prius, Toyota ha venido aligerando y haciendo más compacto su sistema híbrido. Las sinergias con TMG van a permitir avances aún más claros en los próximos años, algo que vale también para la capacidad de sus baterías. Hasta 2016 los prototipos del WEC empleaban súper condensadores que, aunque almacenaban menos cantidad de energía, la cargaban (al frenar) y descargaban (al acelerar) mucho más rápido.

La normativa técnica de las 24 Horas de Le Mans ahora permite invertir mayor energía eléctrica en cada vuelta (2,2 kWh), por lo que los súper condensadores han sido sustituidos por unas baterías de iones de litio como las que usan los híbridos convencionales. Esta medida va a hacer aún más útil esta experiencia en el Mundial de Resistencia. Porque un vehículo de competición, tenga las ruedas que tenga, acaba siendo un puzle de piezas y componentes que han de encajar en el mínimo espacio y con el mínimo peso. Por ello, todos los avances en miniaturización y aligeramiento de la unidad de motor-generador eléctrico (MGU) del TS050 y sus sucesores acabarán aplicándose en los futuros modelos híbridos de Toyota.   

En Toyota antes fue el huevo que la gallina; es decir, antes el Prius que el TS030 Hybrid

 

Una fábrica de sueños

No hay otro lugar en el mundo en el que se hayan construido un F1, componentes de un coche del Mundial de Rallies y un prototipo del Campeonato del Mundo de Resistencia. Toyota Motorsport GmbH (TMG) tiene su sede en Colonia y es allí donde sus ingenieros y mecánicos han ido cocinando a fuego lento y a lo largo de un año el TS050 Hybrid. 

TMG tomó esta ciudad alemana como su base de operaciones en 1979, cuando Ove Andersson capitaneó el ingreso de la marca en el Mundial de Rallies. En la actualidad abarca un espacio de 30.000 m2 y dispone de todo lo necesario para diseñar, fabricar y testar un coche de competición. Dos tercios de los trescientos empleados que, de media, tienen en plantilla se destina en algún momento del año al proyecto del WEC.

TS050 Hybrid: Así se hace

Todo el equipo de TMG involucrado en el WEC trabaja con más de un año de antelación. En abril se estudia cada recoveco del reglamento técnico en busca de soluciones que puedan dar una ventaja. En la fase de diseño, que afecta a cada detalle del vehículo, se emplea un software de mecánica de fluidos computacional (CFD) que está integrado con el túnel de viento y el simulador. En realidad, éste es uno de los más de diez que utilizan en súper ordenadores de hasta 600 unidades centrales de procesamiento y 1.200 cores.

El equipo de fabricación se encarga de materializar todo lo que han realizado los diseñadores. En este proceso se valen de avanzadas impresoras 3D y cada componente ha de superar numerosos mecanismos de prueba. Uno de ellos es el túnel de viento. TMG tiene dos, uno que permite probar maquetas hasta un 60% del tamaño real y otro más actual para el 100%.

El chasis es el único componente que repite respecto al prototipo de 2016 y se fabrica con base en un diseño CAD y mediante fibra de carbono, resina epoxy y adhesivos. Toda la unidad de potencia y el sistema híbrido se desarrolla y construye en el Centro Técnico de Higashi-Fuji. Cuando se acaba, se envía a Colonia para ensamblarse con el resto de componentes. Los dos MGU-K se anclan al chasis mediante las baterías. 

Tras miles de horas de diseño, fabricación y montaje, llega el turno de las pruebas. Primero, de componentes sueltos, como los bancos de rodillos, simuladores de carretera y un banco de siete ejes para poner a prueba las suspensiones en distintas configuraciones. Sólo una vez superadas todas estas etapas y ya con el vehículo completamente armado, llega el momento de saltar a pista para completar varias decenas de miles de kilómetros, incluyendo simulacros de carrera no ya de 24 horas, sino de hasta treinta.

Porsche 919 Hybrid: El campeón

Timo Bernhard, Earl Bamber y Brendon Hartley han dado a Porsche su decimonovena victoria en las 24 Horas de Le Mans y la tercera consecutiva con el 919 Hybrid. Este coche combina la eficiencia del motor eléctrico de 400 CV que impulsa las ruedas delanteras con el 2.0 V4 de inyección directa y turbo de 500 CV que se encarga de mover las traseras.

En él la marca de Stuttgart también ensaya soluciones con la vista puesta en su aplicación en sus coches de calle. De hecho, los Panamera 4 E-Hybrid y Cayenne S E-Hybrid han implementado sistemas que, en el pasado, emplearon los prototipos del WEC. Pero el máximo exponente de esa herencia es el Mission E, un prototipo completamente eléctrico y que, además de su gran potencia, rompe esquemas con unos tiempos de recarga mínimos. Este modelo será una realidad en la gama Porsche antes de que acabe esta década.

Para que sea un éxito necesitará aprovechar una de las grandes ventajas del 919 Hybrid: su capacidad para recuperar energía tanto en las frenadas como en las aceleraciones. Lo primero es algo habitual, pero lo segundo es una novedad que se logra mediante una solución de ingeniería tan simple como genial. Al acelerar, una turbina situada en el conducto del escape gira hasta a 120.000 rpm y, mediante un generador, recarga las baterías de iones de litio.

El pasado 18 de junio Porsche consumó su decimonovena victoria en las 24 Horas de Le Mans con el 919 Hybrid 

Porsche calcula que el KERS, que convierte en electricidad parte de la energía que se libera al frenar, proporciona un 60% de esa capacidad de recarga y, el 40% restante viene de este peculiar mecanismo. Otro cálculo: si fuera el motor térmico el único responsable de proporcionar electricidad, éste 2.0 V4 debería rendir 100 CV más y eso se traduciría en una necesidad de un litro más de consumo por vuelta.

 

Autor
Róber Martí
Periodista. Ha sido redactor del periódico Superdeporte así como en otros medios de especializados como Motor 2000 o Canarias Racing. Ha colaborado en Radio Marca, COPE y actualmente codirige el programa Motor en la Onda de Onda Cero Canarias.
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