Grand Prix Actual

Del CA2006 al nuevo Cosworth de 2010

Figura 1: Motor CA2006 Cosworth utilizado por última vez durante la temporada 2006 de F1.

Tras recordar la historia del motorista independiente más exitoso de la historia de la F1, es el turno de evaluar el aspecto técnico del desafío que emprenderá en 2010. Dicho análisis fue publicado en el número 14 del 27 de septiembre, cuando aún no conocíamos que Williams se uniría a Cosworth.

La mítica marca regresa en 2010 de la mano de cuatro nuevas escuderías. El nuevo motor deberá cumplir las mismas normas que el resto. ¿Será eficiente y competitivo?

TEXTO: FELIPE JIMÉNEZ BLAS

El pasado 12 de junio la Federación Internacional de Automovilismo (FIA) dio a conocer los tres equipos que formarán parte de la parrilla de Fórmula 1 la próxima temporada 2010: Campos Meta, Team US F1 y Manor F1 Team. Recientemente se añadió un cuarto equipo, el Lotus F1 Team, tras la retirada del equipo BMW Sauber, que lo anunció el pasado mes de agosto. La FIA impuso, sin embargo, una condición a aquellos equipos que pretendían inscribirse en el campeonato de 2010: debían incorporar en sus monoplazas propulsores Cosworth.

CAMBIO DE ESCENARIO

No cabe duda que Cosworth ha sido uno de los constructores de propulsores más exitosos de la historia de la F1. Sin embargo, en los últimos meses se ha especulado sobre si Cosworth será capaz de suministrar motores competitivos a los nuevos equipos. El acuerdo firmado entre Cosworth y las nuevas escuderías, bajo mediación de la FIA,  para suministrar motores se produjo con anterioridad a la guerra entre la FIA y la Asociación de Constructores de F1 (FOTA). Dicho acuerdo proporcionaba ventajas normativas para los nuevos equipos: uso de motores sin límite de revoluciones, sin límite en el uso de unidades de motor, ni limitación de kilometraje para los tests y, además, los equipos podrían beneficiarse de ventaja aerodinámicas, entre otras. Finalmente, parece ser que los equipos noveles deberán atenerse a las mismas reglas que los demás: límite de 8 unidades propulsoras para cada monoplaza por temporada, limitación de revoluciones en los motores hasta un máximo de 18.000 r.p.m. y no podrán gozar de beneficios aerodinámicos.

Hay que tener en cuenta, además, que la normativa para el próximo año cambiará, afectando notablemente a todas las escuderías, especialmente aquellas que monten un propulsor Cosworth. Una de las más radicales es la prohibición de repostajes durante las carreras, aunque el aumento del peso mínimo de un monoplaza (620 kg con piloto incluido, en lugar de los 605 kg de la normativa actual), el uso (opcional) del KERS y nuevos neumáticos delanteros también contribuirán a una nueva casuística en las carreras.

¿Qué ocurrirá con los equipos que monten motores Cosworth? Para afrontar las carreras de 2010, y siempre pensando que la normativa aplicable era la anterior a la guerra entre la FIA y la FOTA, Cosworth basaría su propulsor en el CA2006 Cosworth, un motor de 2.4 litros V8, con cuatro válvulas neumáticas por cilindro y distribución DOHC (del inglés, Double OverHead Cam, doble árbol de distribución). Este motor, mostrado en la Figura 1, lo montó por última vez la escudería Williams durante la temporada 2006. El CA2006 era un motor pensado para girar sin límite de revoluciones (la temporada 2006 fue la última en la que no se limitaron las revoluciones de los propulsores: en 2007 y 2008 el límite máximo fue de 19.000 r.p.m. y desde 2009 los motores no pueden girar a más de 18.000 r.p.m.), con un consumo de combustible poco cuidado, con una respuesta poco elástica, o al menos, no lo suficiente para los tiempos que corren, y con una fiabilidad dudosa.

Es obvio que la prohibición de repostajes durante toda la carrera convertirá el consumo de combustible en una variable crítica. Es de sobra conocido que el CA2006 adolecía de un serio problema de consumo de combustible. Si esto no cambia, los monoplazas con propulsores Cosworth comenzarán cada carrera con mayor peso en comparación con otros. El peso de carburante al principio de cada Gran Premio será del orden de 150 kg. En opinión de Williams, un motor con un consumo de combustible similar al CA2006 precisaría unos 15 ó 20 kg más de combustible que otros propulsores, lo que representaría un nada despreciable incremento del 10% en peso. Esto produciría dos efectos graves sobre los monoplazas: una reducción de velocidad punta en las rectas y un aumento en el desgaste de los neumáticos, con la consiguiente pérdida de velocidad en el paso por curvas de alta velocidad. ¿Cómo se puede mejorar el consumo de combustible? Los parámetros que controlan la eficiencia (en realidad, eficiencias volumétrica, térmica y mecánica) de un motor de combustión interna son la presión y la temperatura de trabajo, la estequiometría (proporción) de la mezcla gasolina/aire y la miscibilidad de la misma (mezclado óptimo). Un análisis de todo ello requiere modelos termodinámicos y de dinámica de fluidos complejos que se deben primero simular en ordenadores y, después, verificar en el banco de pruebas.

POTENCIA EFECTIVA

El otro gran problema de Cosworth es cómo conseguir un propulsor competitivo, es decir, que entregue óptimamente potencia al cigüeñal y que se ajuste a la norma de revoluciones limitadas. Para ello será preciso una profunda modificación del CA2006, incluyendo la revisión de las cotas estructurales del motor (diámetro de los cilindros y carrera de los pistones) y el diseño de las válvulas de entrada y salida, entre otros muchos elementos. Desafortunadamente, la libertad de acción está muy limitada. Por ejemplo, el diámetro máximo de los cilindros debe ser de 98 mm. Es posible, sin embargo, optimizar la carrera de los  pistones, que determina críticamente la manera particular en la que el propulsor entrega potencia al cigüeñal y condiciona la potencia a régimen (revoluciones) medio, y en última instancia, la elasticidad del motor y la potencia máxima liberada. La elasticidad de un motor se cuantifica con el índice de elasticidad, que mide la potencia a bajo y medio régimen de giro en relación a la que suministra el motor a alto régimen.

Figura 2: Curvas de par motor (verde) y potencia (azul) en función de la velocidad de rotación del cigüeñal (en r.p.m). La línea roja vertical representa el límite de revoluciones impuesto sobre los propulsores actualmente (18.000 r.p.m.). El par motor (Newton multiplicado por metro) y la potencia (Kilowatios) están dados en unidades del Sistema Internacional. Las curvas y los valores de cada magnitud son aproximados.

En cualquier caso, todo cambio implica volver a diseñar gran parte del motor, con el consiguiente estudio en el banco de pruebas. A partir de ahí se obtendrán las dos curvas más importantes que definen el comportamiento de un motor: el par motor y la potencia versus revoluciones (vueltas) del cigüeñal. El par motor no es más que el momento de fuerza (o fuerza de giro) que aplica la biela sobre el cigüeñal, y la potencia la energía liberada por el motor por unidad de tiempo (en forma de energía cinética de rotación en el cigüeñal). La curva de potencia obtiene a partir de la de par motor sin más que multiplicar el momento de fuerza por las revoluciones para cada régimen de giro. Un esquema ideal aproximado de ambas curvas se muestra en la Figura 2. La curva de par motor es relativamente suave y exhibe un máximo a régimen más bajo que para el caso de la curva de potencia, como es de esperar. El régimen de separación entre ambos máximos nos indica una característica fundamental de un motor elástico: la capacidad de suministrar una buena cantidad de potencia durante un amplio rango de revoluciones, incluyendo el alto régimen. Este es el motor ideal que debería conseguir Cosworth para el próximo año, aunque sólo el tiempo nos dirá si acertará en su apuesta.