Tecnología del futuro, Porsche de cara a LeMans

Los automóviles de calle de Porsche y sus grandísimas prestaciones no son producto de la casualidad, sino de la investigación, desarrollo y de las horas de trabajo que hay detrás de un bólido con características superiores.

Hoy MemoLira.Com comparte lo que los ingenieros de Stuttgart nos dejan saber con respecto a su innovación de tecnologías de cara a LeMans, misma que ya podemos disfrutar en automóviles hechos para rodar y disfrutar en nuestras calles.

«La pista de carreras como lugar para probar las nuevas tecnologías que se utilizarán en los futuros autos deportivos de calle. Esta filosofía hace parte fundamental del ADN de Porsche»:  Wolfgang Hatz, Miembro del Directorio Ejecutivo de Investigación y Desarrollo de Porche AG: “Bien sea que se trate de diseño ligero, aerodinámica, motores con turbo, pero con menos cilindros y cilindrajes, conceptos híbridos o la ampliación de la gama de vehículos eléctricos; todos estos temas son de gran importancia para el futuro de Porsche –y nosotros probamos nuevas soluciones para todos ellos en las 24 Horas de Le Mans y en las carreras de seis horas del Campeonato Mundial de Resistencia de la FIA”.

Esto aplica especialmente para los tres Porsche 919 Hybrid que están compitiendo en la máxima categoría del WEC, la clase Le Mans Prototype 1 (LMP1). Sin embargo, los dos Porsche 911 RSR del equipo de fábrica de la categoría GT también sirven como laboratorios de pruebas sobre ruedas para los futuros vehículos de producción. “Ambos autos de carreras son ejemplos perfectos de lo que llamamos Porsche Intelligent Performance”, dice Hatz. Las primeras letras de esas tres palabras también adornan los cinco autos de fábrica que competirán la próxima semana en Le Mans.

Revolución en el automovilismo deportivo de clase superior
La temporada 2014 vio la introducción de regulaciones tecnológicas particularmente avanzadas para la categoría LMP1 al limitar la cantidad de energía que los coches de fábrica pueden utilizar en cada vuelta. Todos los fabricantes también deben utilizar al menos un sistema híbrido. Sin embargo, las reglas no especifican qué tipo de sistema híbrido, el método para almacenar la energía recuperada, el diseño del motor, el desplazamiento ni el concepto de transmisión de energía. Por ello, los ingenieros tienen una gran libertad para crear. Sin embargo, todas las soluciones están sujetas al principio básico fundamental detrás de esta normativa: mientras más energía es liberada desde el sistema de recuperación de energía, menor combustible puede ser empleado. Fue este concepto revolucionario el que llevó a Porsche a volver al mundo de la máxima categoría del automovilismo. “¡Y qué deporte que es!”, dice Hatz. “A pesar de que los cuatro fabricantes de la categoría LMP1 utilizan conceptos totalmente diferentes, sólo unos pocos segundos separan al ganador y a aquellos que están detrás de él después de seis horas de carrera”.

Eficiencia para los autos deportivos con licencia para circular en la calle
Sobre el motor V4 de gasolina de dos litros sobrealimentado con turbo del 919, que entrega más de 500 caballos de potencia, Hatz dice: “Es el motor más eficiente que Porsche ha construido en su historia. Para las cámaras de combustión y el diseño como circula el aire por ellas, así como para la unidad de árbol de levas y el sistema de inyección directa, hemos perfeccionado materiales utilizados en la Fórmula 1. El motor del 919 es un pionero en términos de inyección de combustible y fricción interna. “Los ingenieros de Porsche también utilizan materiales de alta resistencia de la industria aeroespacial. Para cumplir con las más altas exigencias, tanto para el circuito de carreras como para la calle, el mismo material de alta resistencia es utilizado para los cigüeñales de los motores del más moderno auto deportivo con licencia para circular en la calle, el 911 GT3 RS, y del prototipo Le Mans 919 Hybrid.

Porsche está llevando a cabo un enfoque de tres pasos con sus actividades del deporte a motor: el primer paso se centra en la investigación y el desarrollo, el segundo en la prueba y el tercero en la industrialización de sus materiales y tecnologías para su aplicación en la producción de automóviles. Hatz proporciona un ejemplo adicional al decir: “Nuestro exclusivo conocimiento en lo relativo al desarrollo de motores con turbo de menos cilindros y cilindrajes es de gran importancia para Porsche. Después de todo, la mayoría los derivados de nuestra icónica familia 911 pronto estarán equipados con motores sobrealimentados con turbo”. Y continúa: “También tenemos previsto avanzar aún más con nuestros sistemas de propulsión híbridos. Somos actualmente el único fabricante de automóviles deportivos en el mundo que ofrece tres modelos híbridos enchufables de producción: el Panamera S E-Hybrid, el Cayenne S E-Hybrid y el 918 Spyder. Nuestra capacidad para desarrollar y producir el 919 Hybrid en Weissach, prácticamente sin ayuda de terceros, también marcó un hito importante de cara al futuro para los ingenieros de desarrollo de producción y del deporte a motor”. El ciclo se completa: el proyecto de desarrollo del superauto deportivo 918 Spyder se benefició del conocimiento de los expertos que habían trabajado en el coche de carreras 911 GT3 R Hybrid, mientras que los ingenieros de desarrollo de 918, por su parte, apoyaron el desarrollo del prototipo LMP1 919 –y ahora la primera transferencia de tecnología para la producción en serie está a punto de suceder–.

El 919 es el único auto del WEC que utiliza dos sistemas de recuperación de energía diferentes. El primero de ellos ya está siendo utilizado en una forma similar en el 918 Spyder. Aquí, un generador en el eje delantero convierte la energía cinética en electricidad durante las fases de frenado. El segundo sistema es nuevo y utiliza una unidad de generador de turbina adicional en el sistema de escape que funciona en paralelo con el turbocompresor, y convierte la energía de los gases de escape en electricidad. Por lo tanto, el Porsche 919 Hybrid es el único auto que recupera la energía no sólo cuando frena, sino también cuando acelera. “También tenemos planes de adaptar el sistema de recuperación de energía de gases de escape en los vehículos de producción”, dice Hatz.

La tecnología de almacenamiento de energía está dando forma a la movilidad eléctrica
Un factor limitante en los sistemas de propulsión híbridos y totalmente eléctricos es la tecnología para el almacenamiento de la energía eléctrica. Dispositivos de almacenamiento tipo volante (Audi, Nissan), ultracondensadores (supercondensadores electroquímicos – Toyota) y las baterías de iones de litio (Porsche) se utilizan actualmente en el WEC. Cada fabricante elige el método de almacenamiento que mejor se adapte a su sistema híbrido seleccionado. Básicamente, siempre se trata de balancear la densidad de potencia y la densidad de energía. Cuanto mayor sea la densidad de potencia de la unidad de almacenamiento, más energía puede absorber y entregar en un corto período de tiempo. Este es un factor crucial en la pista, ya que se debe generar una gran cantidad de energía en los sistemas de recuperación en el menor tiempo posible en cada vuelta –por ejemplo, al frenar–. Los ultracondensadores y las unidades de almacenamiento de volante tienen una ventaja a este respecto, ya que pueden absorber grandes cantidades de energía muy rápidamente y también liberar la energía muy rápidamente. Sin embargo, las baterías son también una alternativa de almacenamiento legítimo aquí, debido a que su alta densidad de energía les permite almacenar más energía eléctrica durante un periodo de tiempo más largo y, por lo tanto, para utilizarlo de manera flexible a lo largo de cada vuelta, que en Le Mans tiene más de 13 kilómetros. La energía almacenada por la batería en el 919 Hybrid puede mover el eje delantero utilizando el motor eléctrico a una potencia de más de 400 caballos en las fases de aceleración, y así complementar el motor sobrealimentado con turbo que acciona el eje trasero. De esta manera, el 919 es temporalmente un vehículo con tracción total. Alexander Hitzinger, Director de Tecnología del proyecto LMP1, describe los avances en el desarrollo de la batería del Porsche LMP1, que ofrece la mejor combinación de los dos requisitos básicos (acumulación y liberación de energía de manera veloz y almacenamiento flexible de grandes cantidades de energía): “Nosotros logramos aumentar la densidad de potencia de la batería de iones de litio del 919 a tal punto que ahora está casi a la par con los ultracondensadores; sin embargo, ofrece una densidad de energía mucho mayor. Nuestra batería puede absorber y liberar una gran cantidad de energía rápidamente, pero también es relativamente ligera y tiene una capacidad de almacenamiento muy alta”. Porsche desarrolló por su cuenta la batería de iones de litio con refrigeración líquida para el 919 Hybrid. Las células individuales empaquetadas de forma muy compacta son refrigeradas de manera muy uniforme y están dispuestas de una forma que amortigua las vibraciones. Por lo tanto, representan un desarrollo con gran potencial para futuros autos deportivos híbridos.

Categoría de ocho megajulios en la clase superior
De todos los participantes en Le Mans, sólo Porsche ha sido capaz de dar el salto a la categoría más alta de recuperación de energía. El 919 Hybrid, con su potencia total del sistema de aproximadamente 1.000 caballos, es capaz de utilizar ocho megajulios de energía recuperada por vuelta (13,629 kilómetros) en Le Mans –pero está obligado a consumir un máximo de 4,76 litros (1,25 galones) de gasolina por vuelta–. En una carrera normal, el Porsche 919 híbrido podría generar hasta 1.000 kilovatios-hora de electricidad durante un período de 24 horas. Con esa cantidad de energía, el Volkswagen e-Golf –uno de los vehículos eléctricos más eficientes del segmento de los compactos– podría viajar más de 6.100 kilómetros, lo que es más que la distancia que hay entre Le Mans y Nueva York.

Algunos ingenieros de Porsche trabajan tanto en el proyecto de autos de competición como en el de autos de producción. Ellos no sólo intercambian información, sino también cosas ‘tangibles’ de vez en cuando –por ejemplo, cuando se instaló un eje delantero del 919 Hybrid (incluido el KERS, el motor eléctrico y la batería) para realizar pruebas en un prototipo 911 GT3 mucho antes de que estuviera listo para rodar el primer auto de competición LMP1 de Porsche. Otros logros técnicos, a su vez, abrieron el apetito de los desarrolladores de vehículos de producción. Por ejemplo, el simulador de conducción más moderno del Grupo Volkswagen se instaló en Weissach para el programa de LMP1. Éste ahora está siendo utilizado por los equipos de desarrollo de autos de serie para hacer pruebas dinámicas de conducción y nuevas investigaciones sobre la puesta a punto de sistemas híbridos y estrategias.

Las ganancias de eficiencia resultantes permiten que el consumo de energía sea menor, aunque el estilo de conducción siga siendo el mismo, o incluso más deportivo, sin aumentar el consumo de energía. Por supuesto, Porsche también siempre se centra en el rendimiento. El pariente más cercano del prototipo Le Mans 919 Hybrid –el 918 Spyder– ofrece un gran ejemplo de esto, ya que el superauto deportivo de 887 caballos de potencia que recorre 33,3 kilómetros por litro (126,2 kilómetros por galón, 78,4 mpg o tres litros cada 100 km) y que además puede conducir libre de emisiones tiene el récord de vuelta para el circuito norte de la pista de Nürburgring (06:57) –esto, no a pesar del poderoso sistema híbrido de propulsión, sino más bien gracias él–.

Muy cercanos: el 911 de carreras y los vehículos de producción
Otros autos de carreras no híbridos de Porsche también han dado lugar a avances pioneros para los modelos de producción. Una comparación de las características aerodinámicas del 911 RSR con las de sus primos que tienen licencia para circular en la calle revela fuertes similitudes en todo, desde la forma del labio del spoiler delantero hasta el diseño de los ductos para el aire de refrigeración, el sistema de gestión de temperatura, los bajos aerodinámicos y las dos aletas traseras del alerón.

Además de eso, el 911 GT3 RS es de 10 kilogramos más ligero que el 911 GT3. Las tapas del motor y la cajuela están hechas de fibra de carbono, la ventana trasera se compone de un policarbonato delgado y componentes ligeros adicionales que están hechos de materiales alternativos. Algunos de estos componentes se ensayaron en, y luego se derivaron, del 911 RSR. El nuevo techo de magnesio para el GT3 RS también se basa en una idea del deporte a motor para bajar el centro de la gravedad del auto. La nueva batería ligera de 12 voltios de iones de litio del GT3 RS, que sustituye a las baterías de plomo convencionales, significativamente más pesadas, fue básicamente tomada también del deporte a motor.

Porsche y Le Mans han compartido su aprecio por la eficiencia desde hace mucho tiempo. En Le Mans, conocidos listados de clasificaciones especiales, como el Índice de Rendimiento y el Índice de Eficiencia Térmica, se han mantenido –y Porsche llegó a la cima de estas clasificaciones de eficiencia mucho antes de obtener la primera de sus 16 victorias absolutas en la mítica carrera francesa. Ya en 1955, el Porsche 550 Spyder terminó en la cima de la clasificación de economía de combustible. El 917 también ganó premios por su economía en 1970 y 1971, cuando además logró las victorias en la máxima categoría en Le Mans. Entre 2007 y 2011, el 911 GT3 se mantuvo invicto en su clase en términos de eficiencia de combustible y también ganó el Michelin Green X Challenge.