EL KERS, A FONDO....

Mucho se está hablando, y lo que te rondaré morena, del KERS, esta pretemporada, y creo, que muchos no tenemos las ideas claras, sobre lo que es ese sistema, por lo que hemos querido clarificar de una forma sencilla, pero técnicamente acertada, lo que supone y como es este sistema de recuperación de energía.....

KERS , significa "Kinetic Energy Recovery System" y es un sistema que permite utilizar parte de la energía que se pierde durante las frenadas en forma de calor y cuando es requerido inyectar un extra de potencia puntual.Por lo tanto, se trata de un dispositivo que permitirá incrementar la potencia del monoplaza durante un corto periodo de tiempo.

SISTEMA DE FUNCIONAMIENTO
El sistema básico de funcionamiento responde a lo que sucede con un cochecito de los que se arrastran hacia atrás y llevan una rueda y que al soltar sale disparado hacia delante, es decir, que hay dos fases en el funcionamiento de un KERS.

1.1. Generación y acumulación de energía

Para explicar bien cómo consigue la energía un KERS hay que empezar por una breve noción de teoría física newtoniana. Se dice y se repite constantemente que el KERS recoge la energía que se desperdicia en las frenadas en forma de calor en los discos de freno y sus zapatas, lo que puede llevar a la confusión de que este dispositivo recoge dicho calor para generar la energía extra y no es esto lo que ocurre.Hablemos un poco de la frenada de un objeto en movimiento, por ejemplo un coche.

Cuando el monoplaza de F1 lleva una velocidad determinada y tiene que reducirla mas o menos rápidamente sólo puede conseguirlo introduciendo una resistencia al avance de manera que se produce una aceleración negativa o frenada y según Newton y sus leyes cuando esto ocurre el coche tiende a seguir en movimiento inercial y las masas tienden a adelantarse respecto al objeto en deceleración; por eso cuando se frena bruscamente un coche los ocupantes salen lanzados hacia delante. Esto es lo que se llama inercia y es una propiedad de todos los objetos, estén en reposo o en movimiento.

Sigamos con el ejemplo de la frenada, esa fuerza inercial se transferirá al chasis y se transformará en calor en los discos para obtener la deceleración y velocidad necesaria para frenar (la energía no crea ni se destruye, se transforma -en esta caso en calor-), por eso se dice que transforma el calor de los frenos en energía reutilizable, aunque no responsa estrictamente al proceso que se produce.

Kers Mecánico

1.2. Pero ¿qué cambia en este proceso con el KERS?

Lo que el KERS va a hacer es aprovechar esa energía que se disipa en forma de calor y acumularla en energía cinética, que es la que tienen todos los objetos en movimiento.

1.3. ¿Cómo se consigue esto?

El concepto clave es el volante de inercia (Flywheel en inglés). Los volantes de inercia se conocen y utilizan desde hace mucho tiempo y suponen una alternativa a las baterías y acumuladores basados en productos químicos. Se trata de discos o ruedas de gran diámetro que giran a altas velocidades y que acumulan una importante cantidad de energía cinética. El principio físico es la inercia rotacional.

Existen dos tipos de inercia, la lineal cuyo ejemplo sería la del vehículo en movimiento que frena bruscamente y la rotacional que es la que poseen los objetos que giran sobre un eje. Al tratarse de un volante de inercia, es decir, de un disco que gira lo que posee es inercia rotacional. Mientras en la inercia lineal los factores que la determinan son la masa (el peso) del objeto en movimiento y su velocidad en la inercia rotacional los factores son el radio del objeto que gira, la densidad de la masa (el peso) y la velocidad de giro.

A igual velocidad de rotación, un disco grande posee mas inercia que un disco pequeño, y lo mismo ocurre con un disco pesado y uno ligero, por eso los volantes de inercia son discos de gran radio y bastante pesados.

Volante de inercia

Una vez repasado el principio físico, sigamos con la explicación, el objetivo de un KERS es conseguir en la frenada mover un volante de inercia a suficiente velocidad como para que éste genere (posea) energía cinética. Para mover ese volante hay varias posibilidades.

Una es un engranaje de ruedas dentadas que multipliquen la velocidad del eje sobre el que rota el volante de inercia demanera que cuando el monoplaza frene y el palier de las ruedas disminuya su velocidad este engranaje multiplique su giro.

Otra posibilidad es que un motor eléctrico suministre el empuje que necesita el volante de inercia para girar.En ambos casos es imprescindible que el volante de inercia no roce ni vibre pues en ese caso perdería velocidad y su energía cinética disminuiría. Para conseguir esto se pueden utilizar cojinetes magnéticos que hagan levitar el disco, el conjunto debe estar en el vació mas absoluto y hacer girar todo el conjunto de forma totalmente estable a las mayores revoluciones posibles, que en estos momentos se puede llegar a las 100.000 rpm.Desde el momento en que hemos conseguido hacer girar el volante de inercia a altas velocidades ya se ha conseguido generar y acumular la energía que se necesita.

Resumiendo mucho, se puede decir que un volante de inercia está montado en el sistema del KERS de tal manera que durante las frenadas e incluso durante las aceleraciones se le va confiriendo cada vez más velocidad de giro a ese volante de inercia hasta alcanzar los valores energéticos definidos en la reglamentación.

TIPOS DE KERS
Durante 2009 no habrá un modelo único de KERS, cada equipo tiene la capacidad de desarrollarlo él mismo o encargar a empresas especializadas que se lo fabriquen.

Lo único que la FIA ha definido es una serie de parámetros en todos los KERS, del tipo que sean, que deben respetar. Las características generales del KERS que se utilizará en Formula Uno fueron establecidos por un grupo deélite de la FIA y un grupo de expertos de tres compañías especializadas, Torotrak, Xtrac y Flybrid Systems.

Los “padres” del KERS, John Hilton de Flybrid, Adrian Moore de Xtrac y Dick Elsy de Torotrak.

Para comprender el funcionamiento exacto hay que tener en cuenta que hay al menos tres tipos de KERS:

KERS Mecánicos

Los KERS basados en sistemas mecánicos constan exclusivamente de elementos mecánicos (ruedas dentadas, engranajes, multiplicadores…) para mover el KERS y para llevar la energía a los paliers mediante el acople necesario.

Constan de:- Un CVT (transmisión continuamente variable) que sirve para variar la relación de giro según suban o bajen las revoluciones del motor.- Un volante de inercia que es una rueda que gira por inercia aun cuando haya cesado la fuerza que la impulsaba a girar (como una rueda que rota libremente) y que mientras gira está almacenando energía cinética (la que se genera por el movimiento). - Un sistema de ruedas que trasladan el impulso de las ruedas al frenar al volante de inercia y que sirven también para trasladar el impulso del volante de inercia a los paliers cuando el piloto pulsa el botón.

Kers Mecánico que estaba siendo desarrollado por Honda

KERS Eléctricos

Los KERS basados en sistemas eléctricos constan de un motor eléctrico que consiste en la aplicación de un campo electromagnético (imán) a un circuito eléctrico, lo que provoca movimiento de rotación.

El motor eléctrico de un KERS es reversible, puede actuar como generador y descargador, es decir es capaz de transformar energía cinética (el movimiento del motor) en energía eléctrica y esta electricidad se almacena en baterías o capacitadores. Se llaman reversibles porque de igual manera pueden transformar la energía eléctrica (descargar la batería) en energía cinética o movimiento; si dicho movimiento somos capaces de llevarlo al eje de transmisión del vehículo haremos que gire más rápido y le estaremos dando mas potencia.

Todo esto controlado por sensores electrónicos que detectan cuándo se desacelera el motor del coche (bajada de revoluciones o frenado) y ordena al motor eléctrico actuar como generador.

KERS neumáticos o hidráulicos

En los KERS basados en sistemas neumáticos (aire comprimido) o hidráulicos (líquidos), el volante de inercia transfiere la energía contenida a dispositivos neumáticos o hidráulicos y estos a su vez la transfieren al acople con el palier.

Un ejemplo sería enfrentar dos ventiladores, uno encendido y el otro apagado de manera que hagamos pasar chorros de aceite a presión por el primero y salga impulsado hacia el segundo; cuando el primer ventilador alcance bastante velocidad el aceite que dispara sobre el segundo será capaz de mover sus élices y cuando la velocidad del primero decrezca el aceite no será capaz de mover el segundo ventilador.

El aceite resbalará debido a sus propiedades y tan sólo se necesita recojerlo y por medio de una bomba impulsarlo hacia el primerventilador en un circuito cerrado y ya tenemos un sistema de movimiento hidráulico. No se contempla su utilización en la Formula Uno por no ser recomendable, la utilización de fluidos (aceite) siempre es un riesgo, además el depósito de líquido hidráulico o liga deberá de ser mayor.