KERS

Un sistema de recuperación de energía cinética (KERS) es un aparato a bordo que recolecta la energía normalmente desperdiciada durante la desaceleración, la almacena temporalmente y la despliega para asistir la aceleración. En la Fórmula Uno, donde se originó alrededor de 2009, una unidad KERS convierte la energía rotacional de las ruedas durante el frenado en corriente eléctrica, carga una batería o un depósito de volante de inercia, y libera esa potencia almacenada a través de un motor eléctrico acoplado a la transmisión, dando efectivamente al conductor un breve impulso de caballos de fuerza adicionales bajo demanda.

Dos arquitecturas de almacenamiento han dominado los diseños de KERS de carreras. Los sistemas basados en baterías (paquetes de iones de litio que pesan aproximadamente 25 kg) son más simples y controlables, pero presentan desafíos de gestión térmica a altas tasas de descarga. Los sistemas de volante de inercia almacenan energía mecánicamente en un rotor giratorio suspendido en una cámara de vacío, ofreciendo ciclos de carga y descarga más rápidos, pero requiriendo una ingeniería precisa de los cojinetes y una gestión del efecto giroscópico durante las curvas. Las regulaciones actuales de la F1 favorecen el almacenamiento en batería combinado con la recuperación de energía tanto del eje trasero (fricción de frenado convencional) como del escape del turbocompresor (energía térmica), creando una arquitectura de recuperación híbrida.

Implementación en carreras y más allá

Un piloto de Fórmula Uno típicamente obtiene 160 caballos de fuerza del KERS durante aproximadamente 6.67 segundos por vuelta, desplegados estratégicamente en las rectas donde el impulso eléctrico supera la penalización de peso del sistema. El sistema añade aproximadamente de 35 a 50 kg al coche, por lo que la energía recuperada debe justificar el aumento de masa. Fuera de las carreras, las agencias de transporte probaron el frenado regenerativo tipo KERS en autobuses y tranvías durante la década de 2010, logrando un ahorro de combustible del 10 al 15 por ciento en rutas urbanas con ciclos de parada frecuentes. Sin embargo, el costo de capital y la complejidad del hardware KERS limitaron su adopción en vehículos comerciales hasta que las plataformas híbridas y totalmente eléctricas se estandarizaron.

El desafío de ingeniería central en KERS es la tasa de transferencia de potencia, medida en kilovatios. Un KERS de carreras debe aceptar corriente eléctrica a tasas que superan los 300 kW durante un frenado brusco, mientras que simultáneamente proporciona 160 kW de potencia durante la aceleración, lo que exige un cableado de resistencia extremadamente baja, electrónica de conmutación rápida y un diseño térmico robusto. La gestión de la temperatura de la batería o del volante de inercia durante ciclos repetidos afecta directamente la fiabilidad del sistema y la capacidad de energía utilizable. Las ineficiencias en el ciclo de conversión (mecánica a eléctrica, almacenamiento, eléctrica a mecánica) suelen consumir del 15 al 25 por ciento de la energía recuperada en forma de calor.

El nombre refleja la función literal: la energía cinética, la energía del movimiento, se recupera antes de que se disipe como calor en el sistema de frenos, y luego se devuelve como trabajo útil. KERS representa un enfoque de circuito cerrado para la eficiencia energética que solo fue factible cuando el almacenamiento eléctrico, la electrónica de potencia y los controles de motor alcanzaron suficiente velocidad y fiabilidad. El sistema sigue siendo relevante en cualquier aplicación donde ocurran ciclos de frenado frecuentes, desde el automovilismo hasta el transporte público, aunque el costo y la complejidad adicional aún restringen su implementación a vehículos críticos para el rendimiento o vehículos optimizados para la recuperación de energía.