Funcionamento do Sistema de Recuperação de Energia (ERS), em um carro de F1

Unidade de Potência

Colaboração: Newton Lavieri

A ideia é explicar como funcionam os sistemas de recuperação de energia de um carro de F1, segundo as regras atuais.

Tendo como foco os sistemas elétricos / eletrônicos, tentarei evitar ao máximo os termos técnicos, mas às vezes eles são imprescindíveis.

A seguir, um diagrama mostra como esses dispositivos são interligados

PU Power Unit  (UP Unidade de Potência)
ICE Internal Combustion Engine
MGU-K Motor Generator Unit – Kinetic
MGU-H Motor Generator Unit – Heat
ES Energy Storage
ECU Electronic Control Unit
TC Turbo Compressor

MGU-K
É um motor elétrico, que pode girar até 50.000 rpm

Tem potencia máxima de 120 kW oum aproximadamente 160 hp.

Pode ser acoplado ao eixo do virabrequim do Motor à Combustão (ICE) utilizando um sistema de engrenagens redutoras (parecido com uma caixa de marchas), e pode funcionar como motor e como gerador.

Em freadas, ele funciona como gerador e carrega a ES (Bateria). E o armazenamento dessa energia no ES está limitado a 2MJoules/volta.

Quando recebe energia do ES ou do MGU-H, ele funciona como motor, aumentando o torque do ICE e adicionando potencia à UP. A energia vinda do ES para o MGU-K está limitada a 4Mjoules/volta e pode ser utilizada durante 33,3 segundos. A energia vida do MGU-H para o MGU-K não é limitada.
Em modo Motor, o MGU-K só pode ser utilizado acima de 100km/h

MGU-H

É um motor elétrico, que pode girar acima de 100.000rpm.

Está acoplado ao eixo do Turbina (TC) e recebe os gases do escapamento do Motor à Combustão (ICE), e pode funcionar como motor e como gerador.

Uma das funções do MGU-H é manter o TC “cheio”, evitando o “lag” e sustentando o número de rotações em seu ponto ótimo. Neste caso ela funciona com o motor, utilizando o eixo ligado à Turbina (TC).

No modo Gerador, recebendo energia através dos gases do escapamento, pode alimentar diretamente o Motor Elétrico do MGU-K. Também, no modo Gerador, pode carregar o ES (Bateria).

Não há limitação para a quantidade de energia gerada pelo MGU-H, tanto carregando o ES como acionando o MGU-K. A Energia gerada pelo MGU-H é livre.

É bom frisar que como é alimentado pelos gases de escapamento (altíssimas temperaturas) e tem que girar em altas rotações, este motor tem que ser refrigerado e mantido dentro de faixa de temperatura de operação. Isto não é fácil, principalmente se lembrarmos que algumas equipes utilizam espaços bastante compactados e reduzidos para os “trocadores de calor” (antigos radiadores). Às vezes a refrigeração é insuficiente, em determinadas situações, como já vimos a RBR abrindo buracos no fundo carro, e vimos a Ferrari / Alfa e Haas reduzindo desempenho (através do chamado “mapeamento” da UP) para manter a temperatura dentro de parâmetros aceitáveis.

ES

Armazena a energia gerada pelos MGU-K ou MGU-H
A Bateria tem peso mínimo estipulado em 20kg.
É proibida a utilização de supercapacitores ou sistemas inerciais
Não há limitação de tamanho ou numero de unidades. Não está especificada a quantidade máxima de baterias
Apenas existe uma limitação de 4Mjoules de energia instantânea para carga da bateria

TC
Sua função básica é capturar ar atmosférico e comprimi-lo para injetar no motor à combustão, e formar a mistura ar-combustível.

A turbocompressor está conectado ao coletor de escape e utiliza os gases gerados pelo ICE para fazer girar uma turbina, que está conectada a outro rotor, que tem a função de bombear ar para os cilindros.

A turbina tem giro máximo estipulado em 100.000 rpm.

O compressor só pode ter um estágio único, e sem Geometria Variável.

Longe de querer esgotar este assunto, podemos sempre verificar as diferenças na implementação de cada equipe/fabricante.

Um abraço

Newton Lavieri
São Paulo – SP

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