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Análisis Especial: todo sobre la tecnología híbrida del Porsche 919 Hybrid LMP1

Este fin de semana el Porsche 919 Hybrid, prototipo que disputa la categoría LMP1 del Campeonato Mundial de Resistencia (WEC) de la FIA y actual campeón de las 24 Horas de Le Mans, disputará su única carrera en Alemania durante esta temporada al tomar parte de las 6 Horas de Nürburgring. La cuarta fecha del calendario está a punto de comenzar, pero lo más importante es que después de la carrera alemana, los prototipos y los GTs viajan hacia nuestro país para disputar por primera vez las 6 Horas de México.

Con el 919 Hybrid, Porsche recorre un nuevo campo tecnológico a velocidad de carrera. Para el Mission E, un concepto de auto deportivo de calle completamente eléctrico que fue presentado en 2015, los diseñadores adoptaron la tecnología de 800 voltios utilizada por el prototipo LMP1. Porsche analizó todas las posibilidades existentes al diseñar al bicampeón de las 24 Horas de Le Mans –especialmente en términos de conceptos de tren de rodaje–.

Sus triunfos no son coincidencia, así es que te invitamos a analizar juntos toda la tecnología mecánica y eléctrica de este impresionante prototipo.

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Metales tecnológicos

Los ingenieros de Weissach se inclinaron por un sistema que consiste en un motor V4 de gasolina de dos litros sobrealimentado por turbo, el motor de combustión más eficiente que ha fabricado Porsche en toda su historia, y dos sistemas de recuperación de energía.

Durante las frenadas, un generador ubicado en el eje delantero convierte la energía cinética del auto en energía eléctrica. En el sistema de escape dual, una turbina acciona el turbocompresor mientras que otra convierte la energía excedente en energía eléctrica. La energía de frenado contribuye con 60 por ciento, mientras que el 40 por ciento restante proviene de los gases de escape. La energía eléctrica recuperada es almacenada temporalmente en una batería de iones de litio y alimenta a un motor eléctrico según lo demanda. ‘Demanda’ significa que cuando el piloto quiere acelerar al máximo y utilizar toda esa energía almacenada la puede obtener al presionar un botón. Para cumplir con los últimos cambios en el reglamento, la potencia del motor de combustión es un poco menos de 500 caballos (368 kW), mientras que el motor eléctrico entrega más de 400 caballos (294 kW).

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El uso e interacción de estas dos fuentes de energía requiere una interesante estrategia. En cada fase de frenado se gana energía –es decir, es recuperada–. En los 5,148 kilómetros del trazado de Gran Prix de Nürburgring esto ocurre 17 veces por vuelta, antes de cada curva. La cantidad de energía recuperada depende de la fuerza empleada para la maniobra de frenado; en otras palabras, la velocidad a la que el piloto llega a la curva y lo cerrada que ésta sea. La frenada y la recuperación duran hasta el ápice de cada curva, ya que en ese punto el piloto debe acelerar de nuevo. En este preciso instante, el objetivo es utilizar tanta energía como sea posible. Por lo tanto, el conductor pisa el pedal del acelerador para utilizar energía proveniente del motor de combustión y al mismo tiempo energía eléctrica de la batería mediante un proceso llamado ‘boost’.

Mientras que el motor de combustión acciona al eje trasero, el motor eléctrico se hace cargo del delantero. El 919 Hybrid sale catapultado de cada curva sin perder nada de tracción gracias a su sistema de tracción total –y durante este proceso recupera de nuevo energía porque en las rectas la otra turbina del sistema de escapa está trabajando a toda capacidad–. Cuando el motor trabaja constantemente a altas velocidades incrementa la presión en el sistema de escape, lo cual alimenta la otra turbina conectada directamente a un generador eléctrico. Sin embargo, ambas fuentes de energía están limitadas por el reglamento. Un piloto no puede utilizar más de 1.8 litros de combustible por vuelta y no superar los 1.3 kilovatios por hora (4.68 megajulios) de electricidad. De manera que tiene que calcular esto de manera muy precisa para que al final de cada vuelta utilice esa cantidad exacta –ni más, ni menos–. El que utilice más es penalizado. El que utilice menos hace que su auto pierda rendimiento.

Porsche 919 Hybrid, Porsche Team: Romain Dumas, Neel Jani, Marc Lieb

Cimientos y decisiones

Para llegar al concepto del Porsche 919 Hybrid los ingenieros hicieron exámenes muy detallados de cada una de las alternativas. No había duda de que Porsche podría utilizar la energía de frenado generada en el eje delantero, ya que esto significaba una enorme cantidad de energía procedente de áreas que ya estaban desarrolladas parcialmente y en las que ya había ganado vasto conocimiento. Para el segundo sistema de recuperación de energía de frenado en el eje trasero los expertos consideraron utilizar los gases del tubo de escape. Existían dos aspectos a favor de utilizar la solución de estos gases: en primer lugar el peso, y en segundo lugar la eficiencia.

Con la recuperación de energía de frenado el sistema tenía que recuperar la energía dentro de un rango muy corto de tiempo, lo que significaba hacer frente a una gran cantidad de energía, pero a costa del peso. Las fases de aceleración, sin embargo, son mucho más largas que las fases de frenado, y permiten un período de recuperación más largo y hacen que el sistema sea más liviano. Además del motor de combustión, el 919 ya tenía un sistema de accionamiento en el eje trasero. Una mayor potencia en el eje trasero habría generado una mayor deficiencia en el giro de los neumáticos, lo que llevaría a un mayor desgaste de los mismos.

El 919 sirve como el laboratorio de pruebas para el nivel de voltaje de los sistemas híbridos futuros. Mientras se desarrollaba el programa del prototipo LMP1 se hicieron descubrimientos muy importantes, tales como la refrigeración para el almacenamiento de energía (batería) y el motor eléctrico, la tecnología de cableado para altos voltajes extremos, así como la gestión de la batería y el diseño de los sistemas. ¿Impresionante no creen?