Cuadros de una exposición

La innovación en cada detalle y la composición precisa de todos los elementos convierten al Porsche 919 Hybrid en la punta de lanza del desarrollo técnico. Cada componente es una estrella que nunca está sola en el escenario. Christophorus las coloca bajo los focos por primera vez por separado.

La diversidad de la obra de Modest Músorgski, Cuadros de una exposición, incitó a docenas de compositores a crear adaptaciones siempre nuevas. La suite para piano constituye un marco que sirve de reglamentación: para que el resultado sea reconocible, se deben respetar muchos parámetros. Y al mismo tiempo, para crear una obra propia, cada detalle de la versión individual debe ser excelente. Algo parecido pasa con el Porsche 919 Hybrid, el coche de carreras oficial que participa en el Campeonato Mundial de Resistencia: la normativa permite ciertas libertades. Tanto en el escenario como en el circuito de carreras, si se quiere alcanzar el éxito cada instrumento y cada componente debe ser una obra maestra. Afinado perfecto y aplicación exacta.

El innovador prototipo Le Mans es una composición de tecnología muy compleja. En su núcleo opera un tren motriz único en su género. El motor de cuatro cilindros de 2,0 litros, que impulsa el eje trasero, está situado detrás del conductor. Con su tamaño compacto y ajustado, constituye un modelo ejemplar en cuanto a dimensiones. Y es que el reglamento limita el consumo de gasolina en cada vuelta y exige al mismo tiempo el uso de sistemas inteligentes de recuperación de energía. Por eso, además del motor de combustión interna, actúa un motor eléctrico que impulsa el eje delantero. Los dos juntos permiten al sistema alcanzar una potencia de casi 1.000 CV.

El motor eléctrico se alimenta con una batería de iones de litio que almacena transitoriamente la energía de dos sistemas de recuperación: cuando el 919 frena convierte en corriente la energía cinética generada en los frenos delanteros, y cuando acelera, convierte en electricidad la corriente de gases de escape. La bujía, la turbina de gases de escape, la celda de batería, la unidad de control que orquesta todos estos procesos… cada elemento debe estar óptimamente diseñado y funcionar en las condiciones más adversas. Todos los componentes despiertan admiración como solistas, pero es en el momento en el que actúan juntos, cuando logran alcanzar el éxito.

En el conjunto aerodinámico ocurre exactamente lo mismo: las plantillas dan margen de maniobra a los ingenieros. El flujo de aire debe ser correcto desde el labio hasta el difusor trasero, pero también debe serlo al pasar por las aberturas de ventilación o los retrovisores exteriores. De nada sirve una excelente velocidad máxima en las rectas si en unas horas el vehículo falla porque se han recalentado los frenos. Todo en este prototipo es tecnología llevada al límite. Cada día los ingenieros expanden un poco más las fronteras de lo técnicamente posible en relación con cada pieza y con la perfecta interacción de todas ellas. 260 empleados trabajan en el equipo LMP1 de Porsche en Weissach. Todos ellos son expertos en su campo, como demuestran las últimas victorias automovilísticas de la marca. Y lo que es más importante: en Porsche son responsables de poner a prueba la resistencia de la tecnología utilizada, que luego se aplicará en deportivos de calle.

Un ordenador de alta tecnología para virar el vehículo. Es la central de comandos del prototipo: sus 24 botones y 6 levas permiten dirigir el 919.

Los pilotos del LMP1 tienen en las manos un ordenador. Los 24 botones y conmutadores frontales y las seis levas posteriores (para embragar y cambiar) permiten controlar este complejo coche de carreras. Una pantalla les indica los valores relativos al estado del vehículo. Entre los botones más utilizados está el boost. Con él se activa la energía eléctrica y se encienden las luces de aviso con las que los veloces prototipos advierten a los vehículos GT más lentos de que van a adelantar. Para efectuar ajustes complejos, se usan combinaciones de conmutadores o reguladores, por ejemplo para seleccionar la gestión del motor y el sistema híbrido, así como el control de tracción. También hay el balance de freno, la radiotelefonía, el botón de confirmación, la botella para beber, la función de conducción «de planeo» y los reguladores de velocidad para la recta de boxes y las fases de neutralización de la carrera. Para orientarse en la oscuridad, se emplean colores fluorescentes que se iluminan con luz negra.

Su peso es muy ligero, tan solo tres kilogramos. Por motivos de seguridad, debe permitir al piloto abandonar el vehículo en siete segundos. Cuenta además con una estructura de apoyo para la cabeza.

La puerta pesa solo unos tres kilos y debe tener un tamaño mínimo. El piloto debe poder salir del vehículo en siete segundos. Para las emergencias es obligatorio un sistema de liberación rápida que desprenda la puerta de las bisagras. Además, debe servir como elemento portante de una estructura de apoyo para la cabeza. Está hecha de polímero con memoria de forma (un plástico que después de deformarse recupera su forma original) y forrada con plástico compuesto de fibras de aramida (que confieren una resistencia específica). Para que el marco pueda resistir un eventual choque con el casco del piloto, se le somete a una carga transversal de 700 kilogramos, y debe seguir intacto tras la prueba. Durante la conducción, en el lateral de la cabina surge una zona de baja presión que empuja la puerta hacia fuera con una fuerza de 60 kilos. El marco debe ser lo suficientemente rígido para que no se produzcan perturbaciones aerodinámicas. Está fabricado con plástico compuesto de fibras de carbono de alto módulo. El cristal es de policarbonato y tiene por lo menos dos milímetros de grosor.

Su cierre es esencial. Debe ser hermético para evitar incendios. La dinámica de fluidos (gasolina contra aire) es decisiva. Determina la duración de la parada.

Las paradas de repostaje deben ser rápidas y seguras. El reglamento establece cómo se debe diseñar el depósito y la tubuladura de repostaje. Nada debe fallar al repostar ni al quitar la tubuladura, ya que el vehículo está caliente a causa de la carrera y la gasolina se inflamaría inmediatamente si entrase en contacto con él. La seguridad de cierre está garantizada por un complejo mecanismo móvil que un mecánico activa con dos palancas. Además, un sensor actúa como elemento de seguridad adicional que impide al motor arrancar antes de que se haya quitado la tubuladura. El 919 Hybrid reposta combustible sin presión adicional, utilizando solo la fuerza de la gravedad. Por eso es decisiva la dinámica de fluidos: el combustible debe fluir con la menor resistencia posible hasta el interior del depósito, que tiene una forma especial. Por la tubuladura pasan al mismo tiempo gasolina y aire. Éste debe salir lo más rápido posible del depósito mientras que la gasolina debe entrar lo más rápido posible en él.

Es un componente de fabricación especial, diminuto y extremadamente ligero. En las 24 Horas de Le Mans inflamó la mezcla de gasolina y aire más de cinco millones de veces. El motor V4 gira a un máximo de 9.000 rpm.

El compacto motor de gasolina turbo de cuatro cilindros y dos litros del 919 Hybrid es el motor de combustión interna más eficiente construido por Porsche hasta la fecha. Provisto de inyección directa central, debe soportar cargas muy altas. El número máximo de revoluciones por minuto está en torno a las 9.000. Cada pieza, por pequeña que sea, ha sido optimizada para alcanzar la potencia y la estabilidad máximas, a pesar de la construcción extremadamente ligera. Lo mismo se ha hecho con la bujía, que debe manejar presiones que solamente se encuentran en los motores diésel. Valgan como ejemplo estas impresionantes cifras: en el punto culminante de la temporada 2016, las 24 Horas de Le Mans, cada bujía del victorioso 919 Hybrid inflamó eficazmente la mezcla de gasolina y aire más de cinco millones de veces. Se trata de un elemento de fabricación especial mucho más pequeño y ligero que cualquier equivalente producido en serie.

Gracias al remolino de viento que surge en el escape, este componente genera una corriente que se almacena en la batería de iones de litio. Posee una geometría variable y gira a más de 120.000 rpm.

El Porsche 919 Hybrid es el único prototipo en toda la parrilla de salida del Campeonato Mundial de Resistencia que recupera energía y la convierte en electricidad, no solo al frenar, sino también al acelerar. Para ello, en el conducto de gases de escape hay una pequeña turbina que impulsa un generador a más de 120.000 revoluciones por minuto. La corriente generada de esta manera –tal como sucede con la que se obtiene de la energía de frenado del eje delantero– se almacena transitoriamente en una batería de iones de litio, y el piloto la puede utilizar con solo pulsar un botón. Para que pueda adaptarse a las diversas condiciones, la turbina tiene una geometría variable (VTG). Gracias a esta tecnología VTG, es decir, la adaptación variable de la geometría de la turbina a la presión de los gases de escape, la turbina se puede impulsar aunque las revoluciones del motor sean bajas y haya poca presión en los gases de escape.

Está optimizado desde el punto de vista aerodinámico para oponer la menor resistencia posible al viento. La superficie del espejo es de 100 cm² y su peso de 500 g. Cuenta con función día-noche y está montado de modo que genere pocas vibraciones.

Los expertos en aerodinámica preferirían suprimir los retrovisores exteriores, ya que obstaculizan la corriente de aire. Sin embargo, los pilotos no pueden renunciar a ellos. Por motivos de seguridad, el reglamento prescribe algunos parámetros que deben cumplir: el espejo debe tener una superficie mínima de 100 cm² y debe estar diseñado de tal modo que el piloto pueda ver desde su posición sentada normal todos los coches que estén a más de 10 metros por detrás. Mediante tablas con letras, los oficiales comprueban que sea así. Además es obligatorio un ajuste día-noche. Este se logra mediante una película fotosensible que atenúa el deslumbramiento causado por los vehículos que circulan por detrás. La superficie del espejo es una delgada capa de vidrio pegada sobre un soporte de carbono. La carcasa de los retrovisores está optimizada para minimizar no solo la resistencia del aire, sino también las vibraciones. El espejo y el mecanismo de ajuste están alojados en una carcasa de compuesto de fibras de carbono. Todo el conjunto pesa exactamente 500 gramos.

Tecnología del futuro. Se trata de un elemento absolutamente único en su género. Cada batería de iones de litio contiene cientos de estas unidades. Juntas suministran alta tensión: 800 voltios.

Para el sistema híbrido del 919, Porsche apostó desde el principio por una tensión alta: 800 voltios. No fue fácil encontrar los componentes adecuados. Como medio de almacenamiento se eligió una celda de batería de iones de litio refrigerada por líquido que solo utiliza Porsche. Una batería del coche de carreras está compuesta por cientos de estas celdas. Tienen una alta densidad de potencia, es decir que pueden cargarse y proporcionar energía rápidamente, pero también una buena densidad de energía, es decir, una alta capacidad de almacenamiento. En el desarrollo de las celdas de batería, se prueban constantemente materiales nuevos con el fin de aumentar la densidad de potencia y de energía. De ese modo, Porsche logra con antelación avances que luego se aplicarán al campo de la movilidad eléctrica e híbrida.

Un cerebro de gran capacidad que asume complejas tareas de coordinación. Controla estrategias de la tracción híbrida, el vehículo y el funcionamiento. Su construcción es extremadamente ligera.

Una unidad de control del motor y una unidad de control del chasis (foto) regulan la interacción de todos los componentes de tracción del 919 Hybrid. Entre ellos está el motor de combustión interna y el sistema de recuperación de energía de los gases de escape en la parte trasera, así como el motor eléctrico en el eje delantero. Juntos interactúan dirigidos por este doble corazón informático electrónico de forma que el control inteligente del sistema de tracción total logre la máxima eficiencia y, con ello, los mejores tiempos por vuelta posibles. Antes de comenzar cada carrera, se simulan y optimizan todos los estados de conducción concebibles mediante perfiles de recorrido tridimensionales. Tomando como base esta información, las unidades de control logran en cada momento una interacción perfecta entre los componentes de tracción. Otro de los requisitos que se debe cumplir a la hora de desarrollar estos ordenadores de alto rendimiento es que su construcción sea extremadamente ligera.

Texto Heike Hientzsch
Fotografía Rafael Krötz