Descubriendo los secretos del motor Honda

Al principio ese concepto no tuvo el éxito que se esperaba. La falta de fiabilidad fue un gran lastre para el equipo galo pero con el paso del tiempo la tecnología mejoró y el turbo se convirtió en el gran dominador de la categoría. Este es un claro ejemplo de que a veces, una idea genial necesita un periodo de evolución antes de mostrar todo su potencial. Hay infinidad de ejemplos similares en la historia de la F1 y a buen seguro que los seguiremos viéndolos en el futuro.

Digo todo esto porque parece ser que Honda está empleando tecnología innovadora en su unidad de potencia (UP) que les está dando muchos quebraderos de cabeza en este inicio de la temporada  pero puede ser un trampolín importante en las futuras aspiraciones de McLaren si consiguen afinarlo. Eso dicen, veremos si se convierte en realidad o es una de las múltiples ideas geniales que terminan en la basura por falta de rendimiento.

Un artículo realizado por @ScarbsF1 para Autosport hizo saltar la noticia: el fabricante japonés ha decidido apostar por una tecnología nueva y no probada con anterioridad en la F1, aunque yo quisiera añadir que sí cuenta con mucho rodaje en otras disciplinas como puede ser la aviación. El objetivo de esta tecnología es conseguir compactar lo máximo posible la unidad de potencia para así disponer de más espacio en la parte trasera del coche con el objetivo de mejorar el rendimiento aerodinámico. Vamos a verlo.
Lo más destacado de este diseño lo encontramos en la colocación de los elementos que forman el turbo. Honda ha empleado un método diferente a todo lo visto en la actualidad.  Para refrescar las ideas os mostraré el siguiente esquema donde podemos observar las diferentes configuraciones que presentan los equipos.

De los tres modelos ya existentes en la competición destacaba el creado por Mercedes por su originalidad. La separación entre los dos elementos que forman el turbo es extrema, ubicando turbina y compresor a cada lado del motor. En el espacio existente en la V del motor sitúan el MGU-H y el eje que atraviesa las tres piezas. Esta separación impide que el calor generado por los gases de escapa afecte gravemente al aire para alimentar al motor de ahí que las necesidades de refrigeración de las unidades de Mercedes sean "bajas" con respecto a la competencia, con todo lo que ello conlleva.

Viendo las imágenes que se han podido obtener del MP4-30 sin la cubierta del motor se deducir que Honda ha empleando el mismo esquema que Mercedes, compresor en la parte delantera del motor pero su diseño es más arriesgado, empleando un sistema novedoso en la F1. Todo parece indicar que pueden usan un compresor de flujo axial y de no ser así posiblemente sea mixto.

¿Qué es un compresor de flujo axial?
La finalidad del compresor es proporcionar aire a presión que será utilizado más tarde en la cámara de combustión como aire comburente y como aire de refrigeración. La segunda finalidad del compresor es regular esa cantidad de aire, de manera que para cada carga se disponga de la masa de aire necesaria para un funcionamiento óptimo, ni más ni menos. Es lógico pensar que cuando el piloto pisa el acelerador el motor aumenta de revoluciones y la demanda de aire y gasolina serán mayores. Al contrario, si levanta el pie todo se reduce. 
Existen tres tipos de compresores, el axial, el radial también llamado centrífugo y el mixto. La diferencia radica en la desviación que este tipo de aparatos hace en el flujo.

Se denominan axiales porque el flujo que circula por el compresor lo hace paralelo al eje de rotación. Los compresores y turbinas empleadas hasta ahora en la F1 utilizan el flujo radial, que es perpendicular al eje de giro. Su utilización está más extendida debido a que este tipo de compresores cuentan con un menor número de componentes que generan fricción, son relativamente eficientes y proporcionan un caudal mayor que los compresores alternativos  de tamaño similar. El mayor inconveniente es que no llegan a la relación de compresión típica de los compresores alternativos, a menos que se encadenen varios en serie.
 

El compresor de tipo axial es totalmente diferente. Está compuesto por una serie de etapas y su número dependerá de la presión de salida que se quiera obtener. Cada etapa del compresor está formada por una fila de álabes fijos (estator) unidos a la carcasa, cuyo objetivo principal es canalizar o dirigir el flujo de aire en la dirección correcta, y una etapa de álabes móviles unidos a un disco llamado rotor. Para separar un ciclo de otro es necesario colocar un espaciador. En la imagen de abajo vemos los dos componentes en acción.

El aire al pasar por el rotor se acelera pero al llegar al estator se vuelva a frenar, convirtiendo la energía cinética en presión. Este proceso se repite en cada escalón. Como vemos en cada etapa se eleva la presión del aire introducida en el compresor pero siempre de forma suave y sucesiva, mejorando el rendimiento del compresor, alcanzando niveles de presión que un sistema radial no alcanzaría y reduciendo el consumo de la energía mecánica.

Este tipo de máquinas son más comunes de lo que creemos. Todas las turbinas de gas, eólicas, de vapor para la generación de energía eléctrica emplean esta tecnología. También se usa para mover fluidos (bombas hidráulicas, ventiladores) y sobre todo para la propulsión de vehículos.

En la aviación  son imprescindibles, sin ella sería imposible hacer volar a los aviones. El modelo más simple, los aviones de hélices que cuentan con una estructura abierta. Los más complejos, los modernos motores a reacción turbofan que emplean la compresión axial para aumentar la presión del aire en la cámara de combustión y así mejorar su potencia.

Emplear este sistema en un F1 parece en principio una buena idea. El concepto está claro y se pueden llegar a alcanzar niveles de compresión bastante alto, pero una cosa es la teoría y otra la realidad.

El primer problema lo encontramos al leer la normativa. El artículo 5.5.5.1.6 del reglamento técnico dice que presión de carga puede realizarse sólo por el uso de un único compresor monofásico ligado a una turbina de escape.

Esta es la base para que muchos hayan puesto en duda la legalidad del dispositivo y por tanto descarten que pueda ser empleado pero creo que van mal encaminados. En el reglamento técnico no dice nada sobre qué  dispositivo es el más adecuado para utilizar, solo dice que sea monofásico, es decir que todo el aire que se comprime para alimentar el motor debe realizarse en un solo paso. Como hemos visto la mayoría de las turbinas axiales emplean varias etapas para conseguir aumentar la presión gradualmente pero eso no quiere decir que con un diseño acertado se pueda conseguir lo mismo en una sola etapa.

¿Qué se obtiene con este sistema?
El principal beneficio es la reducción de espacios en una parte sensible del coche. Todos sus rivales utilizan un gran compresor radial, una pieza difícil de ubicar debido a su gran diámetro. Esta reducción de tamaño les permite colocarlo dentro de la V del motor alineado en el mismo eje con el MGU-H, algo imposible para el compresor radial y la turbina del escape, que por su tamaño está situada en la UP de Honda en una posición más convencional, detrás del motor. Esta medida permite a McLaren poder desplazar  todo el conjunto del motor hacia delante como hacen Ferrari y Renault ya que los dos sitúan la turbina y el compresor en la parte trasera del motor, mejorando así el centro de gravedad del coche.

Separar el compresor de la turbina impide que se caliente demasiado el aire que alimenta el motor con el calor procedente de los gases de escape reduciendo así las necesidades de refrigeración como sucede con Mercedes. Esto hace que el intercooler sea más pequeño y aumente la eficacia aerodinámica del coche.

Sobre el funcionamiento del sistema, todo son incógnitas aunque son pocas las posibilidades. Posiblemente Honda emplee un único rotor combinado con un estator bastante cerrado que impida el paso del aire para así comprimir mucho el aire o una combinación de  rotores que giren en sentidos opuestos, pero eso es alto secreto.

Yo tampoco descartaría el empleo de algún compresor de tipo mixto. Este método emplea un ventilador para acelerar el aire y un rotor radial para centrífuga el aire. La combinación de los dos aumenta la presión del aire. Sea cual sea el método lo único cierto es que al menos es novedoso. Ya presumía de ello el señor Dennis cuando se presentó el nuevo motor.

Los inconvenientes son claros. La fiabilidad es la principal. Una tecnología "nueva" debe ser pulida antes de alcanzar la perfección. Aumentar el número de álabes  y rodamientos implica que el porcentaje de roturas pueda ser mayor.

En condiciones normales la carga por etapa del compresor  axial es mucho menor (menos de la mitad) que la de un tipo centrifugo, por ello, la mayor parte de los axiales son de cierto numero de etapas en serie. Esa es la teoría pero la tecnología evoluciona y puede que los ingenieros de Honda hayan encontrado alguna mejora que iguale o supere las prestaciones de estos dispositivos. 

Está claro que por ahora el propulsor japonés no ha demostrado mucho de las cualidades que según algunos parece albergar. Es cierto que un motor compacto ayuda a los responsables de la aerodinámica a realizar mejor su trabajo pero según todos los indicios, el exceso de empaquetado de los elementos está generando la mayoría de los problemas de fiabilidad como ocurriera hace un año en pretemporada con el Red Bull.

El empaquetado excesivo impide que puedan refrigerarse adecuadamente algunas piezas. Todos los elementos que forman el ERS necesitan agua o aceite para ser refrigerados pero viendo los problemas, parece que en McLaren se han quedado cortos.

A lo largo de estas primeras  carreras hemos podido escuchar infinidad de veces que el motor Honda no trabaja a pleno rendimiento. Por un lado están los continuos problemas con el sellado del MGU-K que analicé hace algunas semanas, la supuesta falta de eficacia de su compresor  y por último la imposibilidad de conseguir una carga adecuada de energía ya que al hacerlo se produce sobrecalentamientos. Las temperaturas alcanzadas son demasiado altas y eso desemboca en continuas fugas de refrigerante  y problemas eléctricos que reducen el rendimiento de la UP de ahí que se decidiera bajar las prestaciones.

Es posible que el nuevo y compacto sistema de almacenamiento de energía esté potenciando el exceso de temperatura. Los F1 solían contar con una batería para almacenar la electricidad producida por los sistemas de recuperación y dos unidades de control del ERS, que son unos dispositivos electrónicos que controla como se utiliza la energía en la unidad de potencia. Es el cerebro de la unidad propulsora y su software determina el funcionamiento del motor, la batería y los MGU. 

McLaren ha sido capaz de agrupar estos tres elementos en una sola pieza situada debajo del depósito de combustible. Con esto reducen peso y volumen a la vez que ayudan a la aerodinámica pero las baterías son uno de los elementos que más calor generan y una inadecuada refrigeración puede aumentar el problema.

Desde la puesta en marcha del McLaren MP4-30, siempre ha existido una gran expectación en todo lo referente a la introducción de nuevas tecnologías que pudieran venir del imperio nipón, líder indiscutible a nivel mundial en todo lo referente a la tecnología y puede que esa fama haya deslumbrado a más de uno. Está claro que Honda  apostó  fuerte para intentar superar a sus rivales  mediante la incorporación de tecnología nueva y poco o nada probada, pero siempre he escuchado decir que antes de correr hay que aprender a caminar.

El inicio de campaña no ha sido demasiado bueno, yo diría más bien desastroso pero aún queda la esperanza de que ese poderío tecnológico que asombra al resto del mundo empiece mostrar los primeros signos de mejora. Todos los esfuerzos se han centrado en conseguir el embalaje perfecto pero eso sirve de poco si luego tienes que capar el motor para evitar que se rompa.

Por investigación y desarrollo no quedará la cosa aunque no siempre se consigue acertar con el camino adecuado. Los cajones de los buenos diseñadores siempre han estado repletos de grandes ideas que nunca llegaron a plasmarse en la realidad o simplemente fueron descartadas al ver la luz por no conseguir el rendimiento esperado.

Seguramente lo mostrado hoy sea una simple pincelada. Un motor revolucionario no se consigue modificando un compresor o compactando una batería, se consigue gracias a la perfecta integración de una infinidad de pequeños detalles tecnológicos que están escondidos en su interior y  son imposibles de ver a simple vista. Esperemos que  Honda sea capaz de acertar en su apuesta. Tiempo al tiempo,  pero eso será otra historia.

Vía Cdthef1.com