Las 24 Horas de Le Mans es una de las carreras más exigentes del mundo en la que los fabricantes ponen a prueba sus armas de última generación en uno de los circuitos más exigentes del mundo. A los equipos que compiten por la victoria, el más mínimo error puede suponerles la pérdida de la primera posición, o más aún, tener que retirarse reconociendo así su derrota.
Para que esto no suceda, los fabricantes ponen especial mimo en el diseño, fabricación y pruebas individualizadas de cada una de las piezas que lleva su prototipo. Pero, ¿cómo se construye realmente un protipo de las 24 Horas de Le Mans? Toyota nos abre la puerta de su fábrica de Toyota Motorsport GmbH en Colonia para contarnos todos sus secretos.
El centro de operaciones de Toyota TMG se estableció en Colonia, Alemania, en 1979, cuando Toyota empezaba a dar sus primeros pasos en el Campeonato de Mundo de Rallyes, de la mano de Ove Andersson. Con unas instalaciones de más de 30.000 m2, TMG ha conseguido juntar bajo un mismo techo todo lo necesario para diseñar, fabricar y poner a prueba los automóviles más evolucionados de competición, desde un Fórmula 1 hasta los actuales prototipos LMP1 del Campeonato del Mundo de Resistencia.
La sede de Colonia cuenta con 300 trabajadores de media. En el proyecto de las 24 Horas de Le Mans, en concreto, están involucrados, directa o indirectamente, casi dos tercios de los recursos humanos de TMG. Desde que Toyota empieza a trabajar por primera vez en uno de sus prototipos, hasta que saltan a pista, pasa un largo año en el que se trabaja contrarreloj.
Las primeras reuniones del equipo de investigación y desarrollo tienen lugar en el mes de abril. En esta primera toma de contacto, los miembros del equipo revisan en profundidad los cambios en la reglamentación técnica de la FIA, para ser capaces de cumplir con la normativa y de encontrar conceptos del reglamento que puedan ser explotados.
“El equipo de investigación y desarrollo ya ha empezado a trabajar con el coche de 2018 en el túnel de viento y en algunos componentes a escala completa”, John Litjens, Project Leader de TMG.
En este punto entran en juego los diseñadores. Hasta el más mínimo detalle se simula en sus ordenadores, con sofisticados programas informáticos, algunos hechos a medida. El software de mecánica de fluidos computacional (CFD) de Toyota Motorsport maneja hasta 80 millones de células para la composición hexahedral de un modelo de vehículo completo, y está integrado con el túnel de viento y el simulador. También se emplean, entre otras, herramientas informáticas Tosca, Genesis, ANSA, Abaqus, Nastran, Hyperworks, LSDyna LMS Virtual.Lab, LMS Imagine.Lab, AMESim y Matlab, entre muchas otras. Y todo se opera a través de superordenadores y de un cluster con 600 CPUs y 1.200 cores.
Fabricando el híbrido más rápido del mundo
La unidad de potencia y el sistema híbrido del Toyota TS050 HYBRID se desarrolla y construye en el Centro Técnico de Higashi-Fuji, en Japón; y son enviadas a Colonia para su instalación en el coche. El resto del prototipo LMP1 se diseña y fabrica en las instalaciones de Colonia.
A medida que las distintas piezas que conforman el coche se van esbozando, el equipo de fabricación va haciendo realidad lo que los diseñadores han plasmado en sus ordenadores. La precisión de este proceso tiene que ser absoluta y por se valen de impresoras 3D de última generación y de una maquinaria de la máxima precisión. Todos los componentes fabricados se someten a prueba, por separado, con bancos y sistemas de ensayo específicos.
La base del TS050 HYBRID es un chasis monocasco de fibra de carbono, fabricado en base a un diseño CAD que genera un modelo informático. Para construirlo, primero se realiza un molde, sobre el que se van poniendo las láminas de fibra de carbono con resina epoxy, adhesivos, y diferentes insertos y refuerzos. Toyota dispone de un software específico para optimizar el uso de las capas de carbono, reduciendo el peso sin perder rigidez. Una vez montado, el monocasco se introduce en un horno autoclave para su curación y secado. Según Pascal Vasselon, esta pieza “es lo único que no ha cambiado del coche esta temporada”.
En paralelo se trabaja en los sistema de propulsión. La temporada pasada se introdujo un nuevo motor de combustión… y en tiempo récord, porque los cambios de reglamentación llegaron muy tarde. Se eligió un motor V6, con inyección directa y doble turbo alcanzar el mejor equilibrio entre potencia y eficiencia.
Esta temporada se ha afinado esa mecánica, optimizando su eficiencia térmica gracias una nueva cámara de combustión, culata y bloque de cilindros, que aumentan la compresión. Estos cambios han permitido tener más potencia y reducir el consumo.
La caja de cambios se fabrica en Colonia y fue rediseñada por completo el año pasado para adaptarse a las solicitudes del nuevo motor. Y se hizo en base a cálculos, predicciones y simulaciones computacionales. Con carcasa de metal y disposición transversal, tiene cambio secuencial de siete velocidades y es parte estructural del coche, soportando elementos de la suspensión trasera.
En cuanto al sistema híbrido, se ha trabajado para reducir el tamaño y el peso de las unidades generadoras del motor eléctrico, y también se ha desarrollado aún más la batería de ion-litio de alta potencia. Los dos MGU-K, uno en cada eje, se anclan al chasis a través de las baterías.
Los túneles del viento, las joyas de la corona
Toyota dispone de unas impresionantes instalaciones de ensayos aerodinámicos en Colonia que se usan durante todo el año, tanto por Toyota Motorsport como por clientes externos, cuya aportación económica han permitido a Toyota permitirse un tercer coche en las 24 Horas de Le Mans este año.
Disponen de dos túneles de viento. El más antiguo, tiene capacidad para maquetas de hasta un 60% del tamaño real y el más reciente admite maquetas a tamaño completo. Con una velocidad máxima del aire de 70 metros por segundo (252 km/h), el túnel de viento permite probar maquetas a escala y piezas para comprobar si las simulaciones hechas por ordenador con CFD son correctas.
“La correlación entre los datos del CFD y los de la pista en los años recientes ha sido bastante buena” John Litjens, Project Leader de TMG.
La precisión de las mediciones en el túnel está asegurada con 512 canales de medición de presión, (con precisión 7PA) y tecnología láser para asegurar un posicionamiento correcto con 0,05 mm de precisión. Incluso la deformación del neumático y los gases escape pueden ser simulados. Ambos túneles emplean el análisis de imagen de velocidad de partículas (PIV) para visualizar estructuras de flujo en los alerones, lo que permite la medición directa de vectores de velocidad de flujo local, así como la validación de las predicciones realizadas con CFD.
Pruebas… y más pruebas
En la fase final, tras haber diseñado, producido y testado por separado cada una de las partes del coche, es momento de ensamblar una unidad completa y verificar que todo ajusta a la perfección. Si se ha diseñado un nuevo monocasco, será necesario pasar el crash test de la FIA.
Tras miles de horas de diseño por ordenador, fabricación y montaje, llega el momento de comenzar las pruebas 'reales'. Las primeras, en bancos que simulan diferentes entornos. Sobre un banco de rodillos o dinamómetro, se comprueban las transmisiones y la potencia del sistema de propulsión híbrido. El motor de combustión y los motores eléctricos ya habían sido testados durante horas, juntos y por separado, en otro banco de pruebas en el que se simulan condiciones de carrera.
El chasis también pasa por sus 'potros de tortura': un simulador de carretera MTS 329 y un banco mecánico de siete postes. El primero realiza simulaciones en tiempo real y pruebas de fatiga de todas las fuerzas que se aplican a un coche: movimientos verticales, longitudinales y laterales; par de dirección y frenado; y variaciones en caídas y avances de los neumáticos. Incluso aplica calor y dispone de cuatro empujadores para simular la carga aerodinámica. En el banco de siete ejes se prueba la rigidez de los elementos, fricciones, cargas en las suspensiones bajo diferentes configuraciones y cargas aerodinámicas.
Por fin, el Toyota TS050 HYBRID ya está listo para salir a pista a realizar sus primeros test.
Para Kiichiro Toyoda, fundador de Toyota, estar presente en el mundo de la competición era tremendamente importante y eso se respira en cada rincón de Toyota Motorsport. Toyoda consideraba que poner a prueba sus creaciones sobre la pista era primordial para descubrir nuevas vías de desarrollo en los modelos de calle.
“La competición es más que entretenimiento. Es vital para el desarrollo de la industria del motor. Igual que los atletas prueban sus capacidades compitiendo con todas sus habilidades en los Juegos Olímpicos, los fabricantes de automóviles toman las carreras como una oportunidad para llevar sus vehículos al límite y competir por la supremacía. De esta forma pueden descubrir nuevas formas de avanzar en la tecnología del automóvil” Kiichiro Toyoda.
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