Porsche 919 Hybrid se alista para Le Mans

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Con un tercer lugar en el podio al comienzo de temporada del Campeonato Mundial de Resistencia (WEC) en Silverstone (Inglaterra) y la primera posición en la parrilla de salida en Spa-Francorchamps (Bélgica), Porsche ha regresado a la primera liga del automovilismo deportivo. Esto representa un exitoso comienzo para el recientemente fundado Porsche Team, que, a la luz de la gran cantidad de innovaciones del Porsche 919 Hybrid, no ha sido una tarea fácil.

Estos logros iniciales auguran una nueva era en el WEC y en Le Mans. El prototipo de carreras es una plataforma tecnológica y un laboratorio de pruebas para los futuros autos de serie. Ningún otro prototipo que compite en el WEC tiene un sistema híbrido tan eficiente y complejo como el nuevo Porsche 919 Hybrid.

Con su retorno a la máxima categoría del WEC, Porsche enfrenta algunos desafíos significativos. En primer lugar, el nuevo 919 Hybrid es el auto de carreras más complejo construido hasta ahora por el fabricante de autos deportivos de Stuttgart. En segundo lugar, a diferencia de la competencia, Porsche no tiene experiencia ni datos de años anteriores a los cuales remitirse. En tercer lugar, Porsche encargó el desarrollo del prototipo a sus propios ingenieros del recién creado equipo de LMP1 –un camino considerablemente más difícil, pero a largo plazo más fructífero que comprar los componentes existentes de otras compañías. En este sentido, el Director Técnico de LMP1, Alexander Hitzinger, y su equipo siguen un camino que ha sido una tradición en Porsche: buscar soluciones que puedan beneficiar a los clientes de los autos de producción en serie del futuro.

La búsqueda de la eficiencia óptima en la conversión energética, es decir, la mejor relación posible entre la alimentación de energía y la energía utilizada, influye enormemente en todos los aspectos del Porsche 919 Hybrid; tanto en la aerodinámica del auto de carreras de Le Mans como en los componentes individuales de peso optimizado. No obstante, los sistemas altamente avanzados de recuperación de energía y tracción son los dos puntos destacados en este sentido. Las nuevas y revolucionarias normativas técnicas del WEC en la temporada de 2014 les dieron bastante libertad a los especialistas de Porsche. Un factor limitante de las prestaciones del auto es, principalmente, la cantidad de combustible disponible por vuelta. De este modo, la eficiencia energética es un factor fundamental.

Por otra parte, es un requisito para los autos de fábrica que participen en la categoría LMP1-H contar con un sistema híbrido. Quienes elaboraron las normas, han dejado el tipo y el método de almacenamiento de energía a criterio del fabricante, al igual que la elección de diseño del motor y la cilindrada.

El 919 genera energía para más de 4.500 km en 24 horas
La cantidad de energía eléctrica que cada piloto puede usar por vuelta en Le Mans generada como impulso (boost) es limitada. El reglamento especifica cuatro clases de niveles de energía, entre 2 y 8 megajoules (MJ). Porsche ha inscrito el 919 Hybrid de la categoría de 6 megajoules, lo que significa que el prototipo LMP1 puede usar, exactamente, 1,67 kilovatios-hora (kWh) de energía cada vuelta de 13.629 km en el ‘Circuit des 24 heures’, ya que 3,6 megajoules equivalen a 1 kilovatio-hora (kWh). ¿Qué significa esto en términos comunes?

En 2013, el ganador de Le Mans cubrió 348 vueltas. Haciendo el cálculo en la misma distancia, el nuevo 919 Hybrid genera y usa 581,2 kilovatios-hora (kWh) –rendimiento eléctrico que mantendría una bombilla de 60 vatios encendida por el asombroso período de 9.687 horas. En otras palabras, con la energía que el prototipo de Porsche LMP1 recupera en la carrera de Le Mans, se podrían cubrir 4.576 km en el auto eléctrico más eficiente disponible en la actualidad en la clase de los compactos, el nuevo Volkswagen e-Golf, y se lo podría llevar por los Estados Unidos de costa a costa, de Nueva York a Los Ángeles.

La recuperación termodinámica de energía marca un avance
"La recuperación de la energía cinética de los frenos en el eje delantero tiene gran potencial con la carga del eje inclinada dinámicamente hacia la parte delantera al frenar, por lo que un sistema que explotara este beneficio era un paso lógico", dijo Hitzinger. "A favor de esta solución, dejamos la idea de un KERS (siglas del inglés de ‘sistema de recuperación de energía cinética’) en el eje trasero. Si se comienza con un motor de aspiración natural, la única opción que queda es el KERS. Pero, al usar la turbocompresión, surgió otra opción, que es por lo cual elegimos usar la energía de los gases de escape del turbocompresor".

El sistema híbrido complejo del nuevo prototipo de Le Mans con su recuperación sumamente innovadora de la energía termodinámica de los gases de escape es único en el WEC. Básicamente, este principio usa una unidad de generador de turbina extra en lugar de lo que se denomina válvula de escape (wastegate). Normalmente, esta válvula permite que el exceso de energía proveniente de los gases de escape que no se requieren para impulsar el compresor se liberen a la atmósfera. Porsche utiliza este exceso de energía de los gases de escape. Impulsa una segunda turbina que, a su vez, impulsa un generador de energía eléctrica. La nueva tecnología recupera energía que siempre se pierde en otros sistemas. Este uso de energía de los gases de escape convierte al Porsche 919 Hybrid en el único auto que compite que recupera energía no solamente al frenar, sino al acelerar. Ambos sistemas dirigen la energía cinética y térmica convertida en energía eléctrica nuevamente hacia una batería de iones de litio enfriada por líquido.

El mismo desempeño, 30% menos de consumo de combustible
Porsche también ha hecho su propio camino en el método de almacenar energía eléctrica. Aquí se aplicó la misma premisa, por lo tanto, en lugar de utilizar sistemas disponibles, pero menos efectivos, Porsche decidió explotar las prometedoras tecnologías y, en este caso, las baterías de iones de litio enfriadas por líquido. "Desarrollado en cooperación con Porsche Engineering", dijo Hitzinger. "Así que estos conocimientos benefician los futuros vehículos híbridos".

Hitzinger también investigó el almacenamiento del volante motor y los supercapacitores, llamados ultracaps, pero descubrió que las baterías de iones de litio eran la mejor solución. "Solo si la tecnología adecuada de las celdas está disponible para ofrecer una alta densidad de potencia con una capacidad de almacenamiento relativamente alta", dijo el Director Técnico. Para lograr esto, Porsche tiene su fe puesta en las celdas de batería de los sistemas A123 similares.

El enfoque que utilizó el constructor del LMP1 para el motor de combustión es igualmente único. El recientemente desarrollado V4 turbo con cilindrada de dos litros e inyección directa –sistema atípico para Porsche– es un ejemplo pionero de la reducción de tamaño. El motor de cuatro válvulas representa la combinación ideal de bajo peso y tamaño compacto con rigidez estructural y alta potencia de salida. Como Porsche participa en la clase de 6 MJ con el 919 Hybrid, las normas autorizan a los motores de gasolina con más de 500 hp un consumo de solo 4,78 litros por vuelta en Le Mans. Mientras más potente sea el sistema de recuperación, menos combustible puede quemarse. Si bien el desempeño de conducción es el mismo, la cantidad permitida de energía es el 30% menos que el año pasado.

Le Mans: soluciones tecnológicas extremas para desafíos específicos
El calendario del WEC avalado por la Federación Internacional de Automovilismo (FIA) para este año incluye ocho carreras. Después de las carrera inaugural de seis horas en Silverstone y la carrera de ‘Ardennes roller-coaster’ en Spa-Francorchamps, la tercera carrera del WEC es verdaderamente sobresaliente. Las 24 Horas de Le Mans es el momento cumbre de la temporada y un desafío singular. Una gran parte de la pista de 13.629 km del circuito de la Sarthe –nueve kilómetros– pasa por caminos campestres que durante casi todo el año permanecen abiertos a autos particulares y camiones pesados, lo que deja marcas en la superficie.

Otra característica de Le Mans son los tramos extensos y rectos. Los autos de fábrica LMP1 alcanzan velocidades considerablemente más altas que 320 km/h varias veces en cada vuelta y dos veces tienen que desacelerar a las velocidades del tráfico urbano en las curvas lentas, sea de día o de noche, con los motores en su máxima aceleración aproximadamente el 70% de la vuelta.

Fases de fuertes frenadas y aceleración potente prolongada: Porsche desarrolló especialmente el motor del 919 Hybrid de tracción total con sus sistemas de recuperación de energía cinética y termodinámica justo para estas condiciones específicas. La aerodinámica del vehículo, delicadamente equilibrada, también tiene un rol decisivo en la fabricación del competitivo 919 Hybrid en Le Mans. Los valores resultantes de carga aerodinámica garantizan excelentes velocidades en las curvas rápidas, como las ‘Curvas Porsche’. En el otro extremo están los valores más bajos posibles de resistencia del aire, con lo que el 919 Hybrid puede alcanzar velocidades máximas en los tramos largos.

Después de la fiesta del automovilismo en el departamento francés de la Sarthe, el WEC tomará un receso estival de tres meses y luego abandonará Europa por el resto de la temporada. El calendario incluye cinco carreras más de seis horas: Estados Unidos (Austin, 20 de septiembre), Japón (Fuji, 12 de octubre), China (Shanghái, 2 de noviembre), Bahréin (Sakhir, 15 de noviembre) y Brasil (Sao Paulo, 30 de noviembre).