Estrategias: La piedra filosofal de la F1 en 2014

¿Cómo planificarán las sesiones los equipos?

La temporada que comienza este próximo viernes en Australia va a ser la entrada a una nueva era de la F1. Lo será en términos de reaprovechamiento de la energía, de gestión tecnológica de los varios componentes de las unidades de potencia y lo será también en otra vertiente de la competición menos mecánica y más humana, pero no por ello menos importante. Ciertamente puedo meterme en un lío intentando escrutar cómo serán las estrategias a partir de ahora en la F1 pero, como dicen en mi tierra, ¡me gusta meterme en estos fregaos!

Cuando analicé la forma en la que Mercedes ideó su motor para que administrara su pico de potencia rondando las 12.000 rpm no estaba muy descaminado y han surgido diversas fuentes que han optado por el mismo razonamiento. Era lógico pensar que si no es posible administrar un mayor flujo de gasolina al motor no tenía sentido alcanzar un régimen de revoluciones más alto salvo que se quiera malgastar carburante y no está la cosa para eso, ni mucho menos, salvo que algún coche de seguridad entre pista y se tenga que descargar de peso al coche. Es irónico pensar que hasta hace bien poco un motor de F1 pudiera girar a 20.000 rpm sin 'problemas' y ahora te asusten diciendo que cuando pasen de 14.000 hay 'riesgo' de rotura.

Viendo este panorama no vendría mal meditar cuál será el comportamiento de los diferentes estrategas a la hora de programar una carrera. Por normativa, un depósito de 100 kilogramos tiene que ser suficiente para toda la carrera y con una exigencia máxima al motor no les permitirá llegar al final. ¿Qué harán? A eso me refería cuando decía de meterme en líos.

Bien, antes de nada será conveniente diferenciar las dos partes fundamentales en las que se componen un Gran Premio, por un lado la calificación y por otro, la de más repercusión, la carrera. Vamos con la primera.

CALIFICACIÓN

A primera vista, ésta sería la fase en la que cabría pensar que los equipos pueden encontrarse con menos problemas pero no, nada más lejos de la realidad. Veamos.

Los pilotos perderán capacidad de exprimir el motor todo lo deseado debido a la bajada del pico máximo de potencia de sus motores en aras de obtener un mejor rendimiento del consumo-potencia en carrera. No sabemos cuán alto habrá puesto el tope cada motorista. Aquél que consiga alcanzar un extra de potencia sin castigar el consumo podrá tener algún caballito más en la calificación que le puede aupar en la parrilla.

Recordar que en esta fase todos optarán por utilizar el máximo caudal de alimentación del motor ya que, como en otros años, las vueltas de calificación se realizan con poca gasolina y en carrera parten de cero. Pero, con los cambios introducidos este año, los pilotos no sólo pisarán el acelerador a tope y listo, no, hay muchas cosas más detrás. Para poder verlo más claro será mejor intuir cómo será una vuelta estándar.

- Una vuelta estándar

El piloto sale de la última curva y emprende la recta de  meta pisando el acelerador a fondo. El motor de combustión interna empieza a utilizar sus reservas de combustible como es normal. Gracias a los gases generados por la combustión se hace girar dos elementos. Por un lado el turbocompresorque tiene como función comprimir el aire que tiene que entrar en la cámara de combustión. Por otro lado está la MGU-H.

Este motor-generador está situado junto al turbo y en esta fase actúa como un generador para recuperar parte de la energía de los gases de escape. Este dispositivo es el encargado de suministrar gran parte de la energía al sistema ya que normalmente los F1 permanecen más tiempo en fase de aceleración que en frenada. ¿Qué se hace con esa energía creada? Pues dirigirla a dos puntos dependiendo de las necesidades, bien a una batería en caso de que necesita recargarse o al motor del ERS-K (el MGU-K) para convertirla en movimiento.

El motor MGU-K está conectado al cigüeñal de la unidad de potencia, y actuará como un motor. Os pongo un esquema del sistema ERS para aclararos el galimatías de nombres de antes.

Dependiendo de la estrategia que usen los equipos, la centralitaelectrónica (ECU) actuará usando un mapa motor y una gestión del ERS según el programa establecido cuando no se quiera almacenar la energía en la batería y se decida enviarla para crear movimiento.

La entrega de la energía adicional recibida se puede hacer normalmente de dos formas:

1. Para que el coche siga acelerando: El MGU-K dará el máximo para unir sus fuerzas al motor para seguir acelerando el coche. En este caso, tendrán que optar por usar un mapa motor para obtener también todas las prestaciones que del motor para que gire al máximo de potencia  sin guardar nada.
2. Para que se pueda ahorrar combustible: En este caso, la potencia del MGU-K será máxima pero se optará por mapas motor  para ahorrar carburante, bajando caudal y revoluciones. La falta de potencia del motor se compensa con el ERS.

En el caso que nos ocupa, el de una vuelta de calificación siempre se optará por la primera opción, el coche debe seguir acelerando. Esto es fundamental, es una de las claves importantes a tener en cuenta luego cuando veamos sus consecuencias.

Al final de la recta, el piloto levanta el pie para frenar al llegar a una curva. En este punto, la MGU-K se convierte en un generador y recupera la energía disipada en el frenado, que se almacena en la batería. En este caso no hay opción de que pueda ser usada para acelerar el coche. 

Al frenar, las revoluciones del motor bajan y la velocidad de rotación del turbo disminuye debido a la falta de energía en los gases de escape, es decir, se genera menor volumen de gases que hagan girar al turbo. Esta es una de las fases más delicadas de estos dispositivos y sucede tanto en la F1 como en los coches de calle, la maldición de los motores turboalimentados. Se conoce como 'turbo-lag' o retraso de respuesta del turbo, al tiempo que transcurre desde que se pisa el acelerador hasta que empieza a ser efectivo el aumento de presión en la alimentación. Esto se produce porque, cuando los gases de escape tienen que vencer la inercia de la turbina desde parado o cuando gira a muy bajas vueltas, el funcionamiento del motor apenas se ve afectado por la presencia del turbo. Es decir, cuando la turbina gira con lentitud, el motor se comporta como si no llevara turbo, hasta que éste alcanza la velocidad de giro necesaria para comprimir el aire de admisión. Para evitar este retraso, la MGU-H actúa como un motor durante un tiempo muy corto. La función es acelerar instantáneamente el turbo a su velocidad óptima, ofreciendo la perfecta capacidad de respuesta del motor al conductor.

En el transcurso de la vuelta, no hace falta vigilar el equilibrio entre la recolección de energía, el despliegue de energía y el consumo de combustible. Quien quiera conseguir la pole tendrá que ir 'a toda máquina'. Los coches seguirán estando limitado por la restricción del flujo de combustible de 100 kg/h. Por tanto, el conductor podrá utilizar el 100% del caudal de combustible permitido y todo el presupuesto energético que suministre la batería para su vuelta de calificación. Sin embargo, en caso de optar por utilizar toda la energía en una sola vuelta, él no será capaz de completar dos vueltas cronometradas seguidas ya que no tendrá suficiente carga en las baterías para el siguiente giro. Recordáis, no se guarda, se consume en acelerar. En su lugar tiene que esperar hasta que el acumulador se recargue. Esto dará lugar a múltiples estrategias según sesiones. Por tanto, en los circuitos más convencionales sólo habrá tandas de uno, tres o más giros, dos no tiene mucho sentido y con lo caro que están los neumáticos este año, que ya se vislumbra que muchos coches puede que ni salgan a disputar la Q3 para ahorrar compuesto, aumentarán las tandas de una sola vuelta lanzada. 

Como siempre, nada en la vida es completamente blanco o negro. A la hora de generar energía hay circuitos donde la balanza ERS-H y ERS-K se incline más a un lado que a otro. En Monza está claro que el ERS-H ganaría por mayoría, mientras que en Hungaroring se llevaría la palma el ERS-K y es factible que si puedan hacerse una tanda de dos giros.

CARRERA

En carrera la cosa cambia. El inicio será muy similar a lo mencionado en calificación. El 'impulso completo' puede ser sostenido durante una o dos vueltas para intentar remontar posiciones pero no se podrá mantener mucho más. Habrá que esperar a la tercera vuelta para iniciar de nuevo la batalla cuando se pueda activar el DRS. De ahí en adelante hay que vigilar de cerca este equilibrio entre la recolección de energía, el gasto de la misma y el consumo de combustible. Si siempre es necesario planificar la estrategia de carrera dependiendo de caga cita del calendario, este año es más importante aún. Veremos citas donde los coches tendrán que bajar mucho de rendimiento mientras que en otras no tanto. ¿Por qué? Muy sencillo. Con un ejemplo lo veréis fácilmente. Voy a citar dos carreras y solucionaré la duda. 

Por un lado tenemos Monza y por otro lado Spa. Para ver la diferencia solo hay que hacer una operación matemática. ¿En que cita irán con un mayor régimen de consumo los motores? Se que todos diréis que Monza y es verdad, pero la causa no es la que pensáis. Si el depósito de un F1 tiene 100 kilos y el caudal máximo de alimentación del motor es de 100 kilos por hora, a pleno régimen en una hora te has quedado seco. Pues bien, ahora viene la solución ¿cuánto suele durar una carrera en Monza? Una hora y 20 minutos aproximadamente. Por tanto, tenemos que ahorrar una cantidad de combustible X para los 20 minutos extras. Podrán exprimir el motor a 12.000 rpm durante aproximadamente 45 minutos de carrera y el resto a 10.500rpm para ahorrar.

Ahora vemos el segundo caso, Spa y pregunto ¿Cuánto dura el GP de Bélgica? Casi siempre, próximo a las dos horas. En Spa, una pista tan rápida como es la italiana, los equipos tendrán que ahorrar el doble de gasolina que en Monza si quieren llegar al final y deberán bajar flujo, cambiar antes de 10.500 rpm y aprovechar toda la energía del ERS en cada centímetro de pista. Ésta es la diferencia.

El uso de los dos tipos de energía necesita una gestión inteligente. Controlar el consumo de energía eléctrica será tan importante como la gestión del combustible. Los equipos programarán de gestión a la ECU que será la encargada de decidir cuándo y cuánto combustible puede sacar del tanque y cuándo usar-cargar la energía eléctrica, tanto de los sistemas, como de la batería ya que no siempre se usará para recargar.

El objetivo general es gestionar todos los recursos para dar el mayor número de vueltas lo más rápido posible con una cantidad de energía dada. Obviamente, si se utiliza menos energía, el tiempo por vuelta será más lento. Eso en algunas fases de carrera está bien, lo que no estará bien será penalizar demasiado lo que indicaría una mala gestión de los recursos o un fallo en el diseño.Habrá fases donde haya que bajar forzosamente de régimen, pero es algo que en mayor o menor medida tendrán que hacer todos para llegar al final. Este es un factor muy importante y los equipos han trabajado duro para intentar encontrar motores que consuman poco o sistemas ERS muy eficientes. Aquél que sea capaz de diseñar el conjunto ideal se llevará el 'gato al agua' ya que podrá rodar a máximo régimen durante más tiempo y ganará carreras. 

No se puede caer en el error de pensar en la unidad de potencia como un elemento separado del resto del coche. Se puede tener un motor genial, que consuma muy poco, con un ERS extraordinario, pero si tienes un diseño aerodinámico malo que genere más resistencia que los rivales estás perdido, ya que dispararás el consumo. Como resultado, habrá un complejo intercambio de energía pasando entre los componentes de la red del sistema, con distintos niveles de poder sobre una vuelta. 

Esto es completamente transparente para el piloto, ya que está todo controlado electrónicamente por los sistemas de control. El piloto podrá sentirlo, pero sin intervenir normalmente para que pueda concentrarse en la carrera. Como siempre, el piloto será el encargado de accionar los diversos modos de gestión tocando algunos botoncitos de los que tiene en el volante, que le permitirá recibir todo el poder del sistema para los adelantamientos o para ahorrar combustible al estilo 'Multi 21'. Usar este modo dependerá de la estrategia de carrera. En teoría se puede implementar tantas veces como quieras, pero si se utiliza más combustible o más energía eléctrica de la cuenta tendrán que ceder para poder recuperar el sistema como ocurría en calificación.  

En esa línea habla el director técnico de nuevas generaciones de unidades de potencia de Renault, Naoki Tokunaga, cuando comenta que "en la relación entre el combustible utilizado en función del tiempo por vuelta, hay una línea divisoria entre lo que es físicamente posible y lo imposible - la nombramos 'frontera-tiempo mínimo por vuelta'".

"Siempre queremos operar en esa frontera y estar lo más cercano a lo imposible que podamos. La estrategia está sujeta a sus propios límites, a saber, la capacidad de los componentes de la unidad de potencia y el Reglamento Técnico. La potencia de salida del motor está sujeta a sus propios límites, además, el poder MGU-K y la energía que la batería puede suministrar están restringidos por el reglamento. Es un problema complejo. Por tanto, la solución se determina por el modelado matemático y optimización - nosotros lo llamamos 'programación de la generación", añade.

Como vemos, la gestión y estrategia de carrera cambiará mucho. Tendrán que ser más flexibles que en el pasado y la solución óptima variará mucho no solo de un circuito a otro, influirán otros factores como porcentaje de tiempo que se mantenga el caudal totalmente abierto, si hay curvas rápidas o lentas y la configuración aerodinámica del coche.

Esto se ha podido comprobar en las simulaciones de carrera que se han realizado en los test invernales. El simulacro de clasificación que realizó Rosberg el penúltimo día de pruebas en Bahréin se quedó a tan sólo 9 décimas de la pole del año pasado. En carrera, los tiempos fueron bajando a medida que el coche se iban descargando de peso durante la primera mitad del simulacro pero llegados a ese punto se aprecia una clara gestión del combustible durante la segunda mitad de la prueba donde sus tiempos fueron aumentando a pesar de que su coche tenía cada vez menos lastre de carburante y sus ruedas se mantenían en buen estado ya que incluso con compuestos nuevos no era capaz de bajar esos tiempos.  

En esencia, hasta ahora los fabricantes de motores competían por alcanzar niveles récord de potencia, pero ahora eso ha cambiado y competirán por  encontrar una gestión más  inteligente de la energía. Nos gustará más o menos pero es lo que hay. Quien quiera apretar mucho al principio estará condenado a ceder terreno al final. La opción más segura será la siguiente, ataque, ahorro, ataque para una carrera estándar dependiendo de las opciones de cada uno. Si te ves relegado detrás de un coche o has calificado mal habrá que intercambiar la opción de ahorro a la primera fase de carrera.

A mí personalmente me resulta muy interesante. Es un gran reto y una buena manera de encaminar esta competición mirando al futuro. Con el paso del tiempo todo se irá normalizando como sucedió con el KERS. Los equipos alcanzarán unos niveles de perfeccionamiento tales que no generarán diferencias entre ellos. Lo que está claro es que, a día de hoy, es una de las armas más potentes para conducir un diseño a la gloria. Veremos quién se lleva la palma, pero eso será otra historia.