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Prueba de resistencia para tecnologías Porsche de futuro

Utilizar los circuitos como centros de prueba para las nuevas tecnologías que se emplearán en el futuro en los coches homologados para carretera. Esta filosofía es parte importante del ADN de Porsche, tal y como explica Wolfgang Hatz, miembro del Comité de Dirección de Porsche AG como responsable de Investigación y Desarrollo: "Puede tratarse de diseño ligero, aerodinámica, motores turboalimentados de cilindrada reducida, conceptos híbridos o ampliación de la autonomía de vehículos eléctricos; da lo mismo. Todos estos apartados son extremadamente importantes para el futuro de Porsche y, por ello, probamos nuevas soluciones para cada una de estas áreas en la carrera de las 24 Horas de Le Mans, así como en el resto de competiciones de seis horas que componen el Campeonato del Mundo de Resistencia".
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Muy cercanos: los 911 de competición y los vehículos de producción.

Muy cercanos: los 911 de competición y los vehículos de producción.

Esto se aplica especialmente a los tres Porsche 919 Hybrid que están compitiendo en la máxima categoría del WEC, la clase Le Mans Prototipos 1 (LMP1). Sin embargo, los dos Porsche 911 RSR del equipo oficial de GT también sirven como laboratorios sobre ruedas para los futuros vehículos de producción. “Ambos coches de carreras son ejemplos perfectos de lo que llamamos Porsche Intelligent Performance (Prestaciones Inteligentes de Porsche)”, comenta Hatz. Las primeras letras de estas tres palabras también adornan los cinco coches oficiales que competirán en Le Mans.

Revolución en el máximo nivel del automovilismo:

En la temporada 2014 entró en vigor un reglamento para la categoría LMP1 muy avanzado tecnológicamente, que limitaba la cantidad de energía que los coches oficiales pueden utilizar en cada vuelta. Además, todos los fabricantes deben utilizar al menos un sistema híbrido. Sin embargo, la normativa no especifica el tipo de sistema híbrido, ni el método para almacenar la energía recuperada, ni el diseño del motor, ni la cilindrada, ni el concepto de transmisión de potencia. Así, a los ingenieros se les da una gran libertad creativa. En cualquier caso, todas las soluciones están sujetas al principio básico que hay detrás de esta reglamentación, que consiste en que cuanta más energía del sistema de recuperación se utiliza, menos combustible puede ser quemado. Fue este revolucionario concepto el que llevó a Porsche a regresar al mundo de la competición automovilística al máximo nivel. “Y esto es un deporte de verdad”, añade Hatz. “A pesar de que los cuatro fabricantes involucrados en la categoría LMP1 utilizan cada uno de ellos conceptos completamente diferentes, sólo unos pocos segundos separan al ganador de sus perseguidores tras seis horas de carrera”.

 

Hatz dice que el motor V4 turbo de gasolina que emplea el 919, con una cilindrada de 2.0 litros y más de 500 caballos de potencia, “es el más eficiente que Porsche ha construido jamás”. “Para las cámaras de combustión, los árboles de levas y el sistema de inyección directa hemos empleado materiales que se usan en la Fórmula 1. El motor del 919 es pionero en términos de inyección de combustible y de fricción interna”, remarcaba. Los ingenieros de Porsche también utilizaron materiales de alta resistencia provenientes de la industria aeroespacial. Para satisfacer las más altas exigencias en circuito y en carretera, los cigüeñales que se emplean tanto en el último deportivo de carretera, el 911 GT3 RS (1), como en el prototipo 919 Hybrid están hechos del mismo material altamente resistente.

Porsche enfoca sus actividades en competición en tres fases: la primera se centra en la investigación y el desarrollo, la segunda en probar y la tercera en la industrialización, tanto de los materiales como de las tecnologías para aplicarlas en sus modelos de producción. Hatz lo ilustra con un ejemplo: “El conocimiento exclusivo en lo que se refiere a desarrollo de motores turboalimentados de menor tamaño es de vital importancia para Porsche. Después de todo, casi todas las versiones de nuestro icónico 911 estarán pronto equipadas con motores turbo”. Y continúa: “También pretendemos dar un paso adelante con nuestras actividades en híbridos. Actualmente somos el único fabricante de vehículos deportivos del mundo que ofrece tres modelos híbridos enchufables de serie: el Panamera S E-Hybrid (2), el Cayenne S E-Hybrid (3) y el 918 Spyder (4). Nuestra capacidad para desarrollar y construir prácticamente la totalidad del 919 Hybrid en las instalaciones propias de Weissach, también ha supuesto un hito para los ingenieros de producción y de competición”. El ciclo se ha completado: El proyecto del superdeportivo 918 Spyder se ha beneficiado del conocimiento de los expertos que estuvieron trabajando en el 911 GT3 R Hybrid de competición, mientras que, a su vez, los ingenieros de desarrollo del 918 ayudaron a evolucionar el prototipo 919 LMP1, y ahora está a punto de llegar la primera transferencia tecnológica a la producción en serie.

El 919 es el único coche del WEC que utiliza dos sistemas diferentes de recuperación de energía. El primero ya había sido usado de 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 emplea un generador de turbina adicional en el conjunto del escape, que trabaja en paralelo con el turbocompresor y convierte la energía procedente de los gases de escape en corriente eléctrica. Así, el Porsche 919 Hybrid es el único vehículo que recupera energía no sólo cuando frena, sino también en la fase de aceleración. “Tenemos previsto adaptar el sistema de recuperación de energía de los gases de escape para su utilización en los coches de serie”, explica Hatz.

 

La tecnología de almacenamiento de energía está dando forma a la movilidad eléctrica:

Un factor limitante en los sistemas de propulsión híbridos y en los 100% eléctricos es la tecnología para almacenar la energía eléctrica. Dispositivos de almacenamiento como los volantes de inercia (Audi, Nissan), los ultracondensadores (supercondensadores electroquímicos – Toyota) y las baterías de iones de litio (Porsche), se están utilizando en la actualidad en el WEC. Cada fabricante elige el método de almacenamiento que mejor encaja con el sistema híbrido por el que ha optado. Básicamente, esto siempre se reduce al equilibrio entre densidad de potencia y densidad de energía. Cuanto más alta es la densidad de potencia de la unidad de almacenamiento, más energía puede absorber y entregar en un periodo de tiempo corto. Éste es un factor crucial en la pista, porque se necesita generar una gran cantidad de electricidad en los sistemas de recuperación en el espacio de tiempo más corto posible en cada vuelta: por ejemplo, mientras se está frenando. Los ultracondensadores y los volantes de inercia tienen una ventaja en este caso como unidades de almacenamiento, porque pueden absorber grandes cantidades de energía de forma extremadamente rápida y también liberarla rápidamente. Sin embargo, las baterías también son aquí una buena alternativa de almacenamiento, porque su elevada densidad energética les permite almacenar más energía eléctrica para un periodo de tiempo más largo y, así, entregarla de una manera flexible a lo largo de los más de 13 kilómetros que tiene el trazado de Le Mans. La energía almacenada por la batería en el 919 Hybrid puede propulsar el eje delantero a través del motor eléctrico, con una potencia en fases de aceleración de más de 400 caballos, con lo que sirve para complementar al motor turboalimentado que mueve el eje trasero. De esta forma, el 919 se convierte durante un periodo en un coche de tracción total. Alexander Hitzinger, Director Técnico del Proyecto LMP1, describe el progreso en el desarrollo de la batería que ha tenido el Porsche LMP1, que ofrece la mejor combinación entre los dos requisitos básicos (rápida acumulación y liberación de energía y flexibilidad en el almacenamiento de grandes cantidades de energía): “Buscamos mejorar la densidad de potencia de la batería de iones de litio en el 919, que ahora está casi a la par con los ultracondensadores, pero nuestra batería ofrece mucha más densidad energética que este último sistema. Nuestra batería puede absorber y liberar mucha energía de forma muy rápida, pero también es relativamente ligera y tiene una capacidad de almacenaje muy alta”. Porsche desarrolló internamente la batería de iones de litio con refrigeración líquida para el 919 Hybrid. Las celdas individuales agrupadas de manera muy compacta se refrigeran de forma uniforme y están colocadas para amortiguar las vibraciones. Así, representan un desarrollo con un gran potencial para los futuros deportivos híbridos.

La categoría superior de ocho megajulios:

De todos los participantes de Le Mans, sólo Porsche ha sido capaz de dar el salto a la categoría más alta en cuanto a recuperación de energía. El 919 Hybrid, con los aproximadamente 1.000 caballos que entrega todo el conjunto de su sistema de propulsión, puede utilizar en Le Mans ocho megajulios por vuelta de la energía recuperada (una vuelta = 13,629 kilómetros), pero únicamente puede quemar 4,76 litros de combustible en cada una de dichas vueltas. En una carrera normal, el Porsche 919 Hybrid podría generar hasta 1.000 kilowattios/hora de electricidad durante un periodo de 24 horas. Con esa cantidad de energía, el Volkswagen e-Golf, uno de los vehículos eléctricos más eficientes en el segmento de los compactos, podría recorrer más de 6.100 kilómetros, lo que supone una distancia superior a la que hay entre Le Mans y Nueva York.

Algunos ingenieros de Porsche trabajan tanto en competición como en los proyectos de vehículos de producción. Ellos no sólo intercambian información, sino también cosas tangibles, como por ejemplo, cuando el eje delantero de un 919 Hybrid (incluido el KERS, el motor eléctrico y la batería) se instaló para probarlo en un prototipo del 911 GT3, mucho antes de que el primer Porsche LMP1 de competición estuviera preparado para rodar. A su vez, otros logros técnicos abrieron el apetito de quienes desarrollan los vehículos de producción. Por ejemplo, el simulador de conducción más moderno del Grupo Volkswagen se instaló en Weissach para el programa LMP1. Ahora lo están usando los equipos de desarrollo de coches de serie para pruebas dinámicas de conducción y para seguir investigando sobre estrategias y puesta a punto de sistemas híbridos.

Las ganancias en eficiencia que se han logrado permiten que el consumo de energía sea menor, con el mismo estilo de conducción, o que no se incremente en una conducción más deportiva. Por supuesto, Porsche también está centrada siempre en el aspecto de las prestaciones. El 918 Spyder, un coche relativamente cercano al prototipo 919 Le Mans, ofrece un ejemplo claro de ello, pues este superdeportivo de 887 caballos, que consume sólo 3 litros por cada 100 kilómetros recorridos y puede circular durante un periodo largo sin producir emisiones contaminantes, tiene el récord de vuelta en el mítico circuito de Nürburgring (6 minutos y 57 segundos). Y eso no lo consigue a pesar de su potente sistema de propulsión híbrido, sino gracias a él.

Muy cercanos: los 911 de competición y los vehículos de producción

Los coches de competición de Porsche que no son híbridos, también han proporcionado avances pioneros para los modelos de producción en serie. La comparación entre las características aerodinámicas del 911 RSR con las de su homólogo de carretera revelan grandes similitudes en todo, desde la forma del labio delantero del spoiler frontal, hasta el diseño de los conductos de aire para refrigeración, pasando por el sistema de gestión térmica, la parte de los bajos de la carrocería y los dos alerones traseros.

Además de esto, el 911 GT3 RS es diez kilos más ligero que el 911 GT3 (5). Los capós del motor y el maletero están hechos de fibra de carbono, el cristal posterior es de una fina capa de policarbonato y otros componentes ligeros están hechos de materiales alternativos. Algunos de dichos componentes fueron probados en el 911 RSR y derivan de él. El nuevo techo de magnesio para el GT3 RS también se basa en una idea tomada de la competición, para situar el centro de gravedad en un punto más bajo. La nueva batería ligera de 12 voltios e iones de litio del GT3 RS, que sustituye a las convencionales de plomo, bastante más pesadas, también proviene del mundo de las carreras.

Porsche y Le Mans han compartido su interés por la eficiencia desde hace mucho tiempo. En Le Mans se establecieron clasificaciones especiales conocidas como Índice de Rendimiento e Índice de Eficiencia Térmica, y Porsche llegó a lo más alto en esas clasificaciones mucho antes de la primera de sus 16 victorias absolutas. Ya en 1955, el Porsche 550 Spyder terminó al frente de la clasificación reservada a la economía de combustible. El 917 también logró ese premio en 1970 y 1971, cuando, además, consiguió la victoria absoluta en Le Mans. Entre 2007 y 2011, el 911 GT3 se mantuvo imbatido en su categoría en términos de eficiencia de combustible, y ganó la Michelin Green X Challenge.

 

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