Análisis técnico: ¿Cómo funciona la electricidad en un Fórmula 1?
Hace poco, Omnicorse sacó a la luz un dato que de ser verdad habla sobre las diferencias de rendimiento entre motores. Dado que durante las dos primeras sesiones de entrenamientos libres en Sochi se ha rodado tan poco, casi no se ha visto nada en pista, así que ese dato me viene de perlas para un artículo que hoy se saldrá un poco de lo habitual.
El dato en cuestión es el del voltaje de funcionamiento en los motores de Ferrari y Mercedes. Los alemanes han optado por una filosofía de alto voltaje, optando por unos 700 voltios. Ferrari, por el contrario, han optado por unos altos también, pero no tanto, 350 V.
Vamos a ver cómo funciona el sistema eléctrico. Antes de nada, vamos a ver cuáles son los flujos de energía permitidos por la FIA. Y aunque parezca que la parte importante está a la derecha, con los motores, el dato que nos interesa está a la izquierda. Las baterías no pueden experimentar una diferencia entre máximo y mínimo de carga mayor que 4 MJ.
Que no es lo mismo que decir que la batería puede almacenar 4 MJ. Los Fórmula 1 utilizan una batería de ión-litio, como las de vuestros teléfonos móviles u ordenadores portátiles. Y uno de los mitos que corren acerca de estas baterías es que hay que dejarlas descargarse del todo. Nada más lejos de la realidad, pues estas baterías sufren muchísimo cuando esto sucede. Entendemos pues que realmente tienen algo más de capacidad, si:
Energía máx. = 4 MJ = 1111,1 Wh
Que esa es otra, las baterías de los móviles miden su capacidad en mAh, lo cual no es una medida de energía, pues para tener una idea aproximada de la duración necesitaremos saber el voltaje al que funciona. Así que desconfiad de esa medida que os dan, lo que nos permite calcular el tamaño y duración de la batería son los Wh.
Otras características de esas baterías es que el voltaje que ofrecen fluctúa bastante, de ahí la mención en la parte de abajo del cuadro que menciona que el convertidor corriente continua a corriente continua que se utiliza para estabilizarlo no puede ganar energía, solo consumirla. Se cubre las espaldas aquí la gente de la FIA.
Ese cuadro con línea discontinua que vemos en el esquema superior lo forman el anteriormente mencionado convertidor y otro, un convertidor de corriente continua a alterna. Las baterías almacenan la electricidad en corriente continua, mientras que los motores eléctricos funcionan en alterna.
Además vemos en esa imagen de Magneti Marelli que se trata de un motor trifásico. A diferencia de los motorcillos que podemos ver en cochecillos de juguete u otros objetos pequeños, que son de corriente continua, la velocidad de los mismos no se modifica con el voltaje, sino con la frecuencia de la corriente que le estamos metiendo. Así que para que el motor 'lo dé todo' tenemos que trabajar con el mayor voltaje que nos permite nuestro sistema.
Y después de dar tantas vueltas, y sabiendo que potencia eléctrica es igual a voltaje por intensidad –en trifásica multiplicando por raíz de tres y aplicando un factor de desfase-, os estaréis preguntando qué más dará usar una cosa o la otra. Si tenemos en cuenta el dato que calculé al principio, y la potencia máxima del MGU-K es de 120 KW, nos da el famoso dato de los 33,3 segundos de uso a máxima potencia.
Pues bien, llegamos a lo interesante. Como todo en esta vida, gracias a la termodinámica, tenemos pérdidas. Y para la electricidad, se calcula como la multiplicación de la resistencia por la intensidad al cuadrado, el llamado efecto Joule, que cuantifica la potencia que se pierde en forma de calor:
Potencia perdida = Intensidad2 x Resistencia
Nada de voltaje como observáis. Estas pérdidas se suelen llamar pérdidas en el cobre, vamos, en los cableados, bobinados del motor, etc. A una misma potencia de Ferrari y Mercedes en el MGU-K, esos 120 KW, si el voltaje es la mitad en el Ferrari, la intensidad será el doble. Las pérdidas, por tanto, cuatro veces mayores.
Los cables utilizados son unos conductores geniales y las pérdidas minimizadas –hablamos de la categoría reina del automovilismo-, pero vaya, cuatro veces más son cuatro veces más. Obviamente, trabajar con más voltaje no es moco de pavo, trae inconvenientes como por ejemplo una mayor exigencia para la batería.
En la calle esa es también la tendencia, marcas como Audi o BMW están olvidando la batería de 12 voltios a favor de otras de alto voltaje, sin llegar a los extremos que la F1 exige. Sin más, acabamos aquí, espero que os haya gustado este artículo. Ya era bastante largo, así que si algo no ha quedado bien explicado, ya sabéis, ¡a comentarios!
