Las carreras de open wheel siempre han sido un monumento a la innovación tecnológica, con muchas funciones que a la larga encuentran su camino hacia los vehículos de los consumidores.
Sin embargo, de vez en cuando, el proceso se invierte. La nueva tecnología comienza en la esfera comercial y posteriormente ingresa a las carreras. Este proceso invertido es la situación actual con la nueva serie de carreras de Fórmula E, que es el primero en utilizar vehículos completamente eléctricos en carreras de Grand-Prix extremas.
Figura 1: el automóvil de Fórmula E de DS Virgin Racing (fuente: DS Virgin Racing)
En su temporada inaugural en 2015, hubo once carreras en las principales ciudades del mundo (cada carrera se conoce como "ePrix"), y diez equipos, incluido DS Virgin Racing, asociado con Arrow Electronics. Para preparar la serie para un arranque sin inconvenientes, todos los equipos utilizaron el mismo modelo de vehículo, el Spark-Renault SRT-01E y no tuvieron libertad para realizar cambios.
Comienzo de la segunda temporada 2, la Fórmula E está sufriendo grandes cambios. Está transformándose en una clase abierta y la normativa está cambiando año a año para darle mayor paso a la innovación. El objetivo es incentivar nuevos desarrollos en tecnología de vehículos eléctricos que, posteriormente, irán nuevamente al sector comercial.
Este año, fabricantes aprobados pueden desarrollar sus propios trenes motrices eléctricos (motores, inversores y cajas de cambios), y la potencia permitida el día de la carrera ha aumentado de 150 kW a 170 kW. Los equipos pueden cambiar a un nuevo tren motriz o conservar el tren motriz actualizado de la temporada 1.
En temporadas futuras, la normativa será más abierta, para permitir que los fabricantes cambien la tecnología de la batería si así lo desean.
El automóvil de Fórmula E
Figura 2: el automóvil de carrera de Fórmula E (fuente: MMDI)
Como se puede ver en la Figura 2, un automóvil de Fórmula E superficialmente se ve muy similar a los automóviles utilizados en la Fórmula 1 y otras clases de carreras tradicionales, pero existen algunas diferencias importantes.
El chasis (1) es de la firma francesa Spark Racing Technology, que fabricó 42 automóviles idénticos para la temporada 1. McLaren Applied Technology suministró el tren motriz (2) y el sistema electrónico para la temporada 1 con integración de sistemas (3) es de Renault, pero en la temporada 2 vemos nuevas unidades de 8 fabricantes diferentes; el motor, el inversor, la caja de cambios y el sistema de enfriamiento pueden cambiar.
La batería (4) es de Williams Advanced Engineering y genera una potencia máxima de 200 kW. La firma italiana Dallara fabrica el chasis monocasco (5), que cumple con las mismas pruebas de impacto de FIA para regular la Fórmula 1. En contraste con la Fórmula 1, el automóvil de Fórmula E tiene un diseño de un solo neumático (6), de Michelin, el cual se debe usar tanto en condiciones húmedas como secas.
Descripción general del tren motriz
La principal diferencia entre la Fórmula E y otras clases de carreras está, sin duda, en el tren motriz.
Un automóvil de Fórmula 1 2015 utiliza un V6 de 1.6 litros con un turbocargador único que funciona a 15 000 RPM como máximo, genera unos 600 bhp y logra 5 mpg aproximadamente. En contraste, un automóvil de Fórmula E usa un motor eléctrico sincrónico que funciona a 17 000 RPM y genera 270 bhp como máximo; con un peso de tan solo 26 kg (57 lbs).
Con menos de la mitad de la potencia, el rendimiento no está a la altura de los estándares de la Fórmula 1, pero los automóviles de Fórmula E igualmente pueden alcanzar 100 km/h (62 mph) en 3 segundos y lograr una velocidad máxima de 225 km/h (140 mph).
¿Qué características debe tener un tren motriz eléctrico para estar en condiciones para una carrera? En la Figura 3 aparece una descripción general del sistema de Fórmula E utilizado en la temporada 1.
Figura 3: el tren motriz de Fórmula E (fuente: Sporting Savvy)
El paquete de batería (1), de Williams Advanced Engineering, consta de más de 150 celdas de polímero de iones de litio listas para usar dentro de un alojamiento compuesto de fibra de carbono. La unidad completa pesa 320 kg (705 lbs), fracción considerable del peso mínimo permitido (automóvil más conductor) de 896 kg (1975 lbs); el diseño recurre a la experiencia de Williams con el sistema de recuperación de la energía cinética (KERS) de Fórmula 1.
El montaje de la batería forma un componente estructural del vehículo, de modo que necesita resistir la alta tensión y las fuerzas causadas por la interacción del automóvil con el camino. Si bien las baterías pueden tener una potencia máxima de 200 kW, durante una carrera estas entregan su potencia de salida promedio durante un máximo de 25 minutos, después de los cuales los conductores cambian a un nuevo automóvil. En la temporada 1, solo se presentó una falla de batería en 440 inicios de carreras. Este impresionante logro aseguró a Williams la prestigiosa medalla Simms del Royal Automobile Club.
La generación de calor es siempre un problema con los sistemas electrónicos de energía y la administración térmica es uno de los principales desafíos de diseño. Los vehículos de la Fórmula E utilizan un sistema de enfriamiento mediante líquido (2). el refrigerante fluye a través de dos radiadores, uno en el contenedor de cada lado. Un sistema de mangueras enruta el refrigerante dieléctrico no conductor a través de cada pieza de la batería y sistemas electrónicos.
McLaren creó el eMotor (3) y el inversor de 800 V (5) para su superautomóvil híbrido P1 y lo adaptó para utilizarlo en la Fórmula E. Su salida máxima de 200 kW (268 hp) está reservada para práctica y eliminatoria; durante una carrera, la normativa restringe la potencia a 133 kW (178 hp). Un número limitado de amplificadores de potencia "push-to-pass" agregan unos 67 kW (90 hp) adicionales cuando es necesario. El motor actúa como un generador durante el frenado, con lo cual se recarga la batería y permite reducir la velocidad del vehículo.
La caja de cambios Hewland (4) está apernada a la parte trasera del motor y ofrece cinco velocidades además de reversa.
¿De qué forma esto se puede comparar con el motor de un automóvil eléctrico estándar? Muy bien: el motor de la Fórmula E entrega 200 kW de un paquete de 26 kg, para una densidad de potencia de 7.7 kW/kg. En contraste, el motor completamente eléctrico Nissan Leaf pesa 58 kg (128 lbs), genera 80 kW (110 hp), para una figura de 1.4 kW/kg.
Este tren motriz era obligatorio en todos los automóviles de la temporada 1, pero en la temporada 2, DS Virgin Racing está utilizando su Virgin DSV-1, un nuevo tren motriz desarrollado por Citroen, propietario de la marca DS, en conjunto con Spark Racing Technology.
La visión de la Fórmula E
La FIA, autoridad que controla la Fórmula E, visualiza el uso de motorsport para promover la industria de los automóviles eléctricos e incentivar el desarrollo tecnológico, además, tiene ambiciosos planes para la clase en las próximas temporadas.
En la temporada 2 hemos visto nuevos desarrollos en la tecnología del tren motriz. En la temporada 3, la normativa continuará conservando el mismo chasis pero permitirá el uso de baterías diferentes. Una gran modificación vendrá para la temporada 5 donde se permitirá solo un automóvil por carrera.
Hay modificaciones en la regla no técnica también, aunque algunas son discutibles. Para lograr aumentar el interés y el compromiso, Fan Boost, nuevo en la temporada 2, ofrece un amplificador de cinco segundos, 40 bhp a tres conductores conforme a una votación de los seguidores. La votación puede realizarse antes de la carrera y durante los primeros seis minutos; es posible que esto pudiera extenderse a toda la carrera en años futuros.
La Fórmula E tiene una visión más amplia, no solo la carrera y los vehículos eléctricos; también tiene como objetivo ser un "vehículo" para el cambio.
El sitio web de Fórmula E contiene una sección sobre sustentabilidad con áreas comprometidas con la política ambiental, consejos sobre cómo vivir de manera ecológica, la iniciativa global RE100 y más. También cuentan con socios como ONE DROP, que trabajan para proporcionar un acceso sustentable al agua en países subdesarrollados.
Estas son metas meritorias, y Arrow Electronics se enorgullece de estar asociado con Fórmula E. Búsquenos para continuar usando nuestra experiencia en componentes electrónicos relacionados con automóviles para apoyar a DS Virgin Racing en este interesante emprendimiento.