KERS

La mayoría que estamos relacionados con la fórmula 1 habremos escuchado por lo menos alguna vez en las diversas carreras el uso del KERS.  Algunos únicamente conocemos que te da una potencia extra para adelantar o defender tu posición en una carrera, sin embargo no conocemos bien cómo funciona y que es lo que hace, o que también han sido empleados en autos que circulan cotidianamente en las calles de nuestras ciudades.

Primeramente KERS significa “Kinetic Energy Recovery System”, o en español, sistema que recupera la energía cinética. Al momento del frenado en un auto convencional se desperdicia una gran cantidad de energía cinética, la cual es disipada en calor, sin embargo este dispositivo como su nombre lo indica, es evitar que dicha energía se desperdicie en su totalidad.

Es bien conocido que la Formula 1 es el laboratorio para desarrollar nuevas tecnologías viables para implantar en autos de producción en línea, en este caso el KERS no fue una excepción. Nació como una iniciativa para promover la investigación y desarrollo favorable para el medio ambiente, y es así como en la temporada 2009 este sistema vio la luz por primera vez en competencia.

A pesar de que este sistema seria el llamado a ser el más utilizado para los adelantamientos, en la siguiente temporada de su introducción en competencia (2010) fue vetado su uso, no por la FIA sino por los equipo de F1 en un “pacto de caballeros”.

Sin embargo para el año 2011, todos los equipo de la F1 lo usaron, con la excepción de equipo “pequeños” como los son Hispania y Virgin y del que ahora se llama Lotus antes Renault.

Desde entonces es un sistema que ha sido utilizado regularmente por la mayoría de equipos en competición, sin embargo el peso extra que este genera condiciona su uso para algunas carrearas, normalmente es utilizado en carreras con rectas largas donde la potencia extra obtenida será de beneficio.

En la actualidad son utilizados dos tipos de sistemas, el primero que utiliza un sistema de motor eléctrico y baterías para su funcionamiento, y otro que usa un volante de inercia como mecanismo para almacenar la energía.

En cuanto al sistema eléctrico, utiliza las capacidades reversibles de las máquinas eléctricas, es decir se dispone de un motor generador en la línea de tracción de tal manera que durante las frenadas este funciona como un generador, y cuando se necesite la potencia almacenada únicamente se pulsa un botón para que funcione junto con el motor de combustión.

Al frenar, el motor generador, aplica un tipo de restricción al movimiento relacionado con el campo magnético, de tal manera que  esta es vencida por el propio movimiento del vehículo. Esto implica que parte de la energía cinética recuperada se pierda para vencer esta resistencia magnética, sin embargo al vencer este problema el generador se encargará de convertir dicha energía en energía eléctrica. Pero el problema del campo magnético no es el único que mermará el almacenamiento de energía, también será la energía perdida por la fricción, temperatura entre otros. 

Debido a que la energía eléctrica necesita ser almacenada en algún lado, esto implicaría que además del motor generador, también es necesario un sistema de baterías con ciertas características muy concretas que tengan como principales virtudes almacenar y suministrar la electricidad en la cantidad y con una velocidad adecuada.

En resumen este sistema está constituido por un motor generador dentro de la línea de tracción del vehículo, un sistema de gestión y además un sistema de baterías o acumuladores eléctricos.

Como se había mencionado antes también se dispone de los sistemas KERS mecánicos, o que poseen un volante de inercia, un volante de inercia en breves rasgos sería una piedra con grandes dimensiones girando.

Este sistema en contraste con el eléctrico representa una menor complejidad para transformar la energía en electricidad para que estas sean acumuladas por las baterías en algunos casos, o sean utilizadas directamente.

En este tipo de KERS, el volante de inercia gira con altas revoluciones por minuto, y en el caso el KERS que utiliza Williams será capaz de girar a unos nada despreciables 100.000 rpm. Este volante de inercia es el que acumula la energía que ha podido ser recuperada de las frenadas.

Este sistema conecta al ya mencionado volante de inercia con una serie de engranajes ubicados en el tren motriz, el mismo que puede estar ubicado en el eje trasero o bien antes o después de la caja de cambios del vehículo. Al frenar el vehículo los engranajes se articularan y el giro del tren motriz acelerará al volante de inercia hasta una frecuencia angular de por lo menos 60.000 rpm. Al acelerar el auto nuevamente estos engranes se desarticularan quedando nuestro volante de inercia girando.

Cuando necesitemos nuestra energía acumulada bastara con aplastar un botón, de modo que los engranajes se conectaran y la inercia del volante (todavía en rotación) impulse al tren motriz brindándole una potencia extra.

Ambos sistemas KERS en promedio le brindan al vehículo de Fórmula 1 alrededor de unos 80CV adicionales durante un pequeño lapso de tiempo, pero este lapso de tiempo será limitado por el reglamento. Es bien sabido que el piloto tendrá libre decisión del momento para sacar beneficio de este sistema, ya sea para un adelantamiento o para defender su posición.

Debido a las normativas, el sistema KERS sin importar su tipo, solo podrá brindar una potencia extra de 60kW es decir unos 80.4 HP por un tiempo máximo de no más de 6.67 segundos y cuyos acumuladores estén limitados a almacenar solo a 400kJ. Esta potencia extra podría reducir el tiempo por vuelta entre un 0.1 y un 0.4 segundos. Sin embargo se espera que el limitante de 80 CV sea aumentado para un futuro próximo y por medio del avance en la investigación lo harían un sistema verdaderamente importante para competencia.

Sin embargo no todo es color de rosa para este sistema, ya que sus ventajas son bastante discutibles, debido a que aunque aportan una determinada potencia extra en un determinado punto de la carrera, puede penalizar los tiempos por el peso propio del dispositivo. En los sistemas mecánicos oscila entre los 20 y 25kg, con la desventaja de estar ubicados en el tren de tracción pudiendo provocar inestabilidad, mientras que en los sistemas eléctricos el peso es alrededor de los 30kg con la diferencia de que pueden ser ubicados en distintas partes del auto para tener una mejor repartición de pesos. Además pilotos con mayor peso se verán ampliamente perjudicados por pilotos más “pequeños” de modo que la distribución de peso entre unos y otros será determinante.

La parte positiva de esto, no está dentro de las pistas, ya que la contaminación producida por los autos de competición es mínima en relación con los autos de producción en serie que circulan en las calles, entonces cualquier forma de hacer estos últimos más eficientes será bien visto por los fabricantes de vehículos.

Los vehículos que actualmente se ven beneficiados por este sistema son los híbridos y los eléctricos, y aunque en sus respectivos tableros carezcan del botón para liberar la energía acumulada, sus motores eléctricos serán los beneficiados, reduciendo así el consumo de combustibles fósiles.

¿Cómo funcionarían? De la misma forma que un auto de alta competición, al momento de frenar, la energía cinética será trasformada en energía eléctrica la misma que será almacenada en las baterías de cada auto para usarlas cuando sea necesario en la posteridad. Con la diferencia que estos autos no se rigen a un peso mínimo o un tiempo determinado de utilización.

Un ejemplo de esto sería el Toyota Prius, el primer auto hibrido de producción en serie, utiliza un sistema de freno regenerativo desde el año 2010, reduciendo aún más el consumo de combustible y aumentando la autonomía de su motor eléctrico. Teniendo un consumo de 3.9 litros de combustible por cada 100 km en la ciudad y despidiendo solo 90g/km de CO2 en las mismas condiciones, estas estadísticas son claramente alentadoras frente a un auto de igual potencia, pero que carece de este sistema donde en promedio consumen unos 10litros de combustible por km recorrido.

Como conclusión se pudiera decir que el sistema KERS, pese a su desarrollo tecnológico, todavía presenta muchas limitaciones en la Formula 1, especialmente en circuitos que posean muchas curvas, por la inestabilidad que se pueda dar por el peso extra que este conlleva. De hecho las diversas escuderías prefieren utilizarlo en sectores planos y rectos, con el fin de poder adelantar un coche con la potencia extra obtenida.

Sin embargo este sistema no está limitado a usarse en autos de competencia, de hecho hoy en día es frecuentemente utilizado por autos que transitan en nuestras calles, representando una menor contaminación ambiental e inclusive un ahorro para los dueños de esos carros por la reducción de consumo de combustibles fósiles, hoy en día cada vez más caros.

REFERENCIAS

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