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TECNICA: anche la FERRARI SF16-H ha ora il BOTTONE MAGICO!

Siamo giunti velocemente al secondo Gran Premio di questo campionato del mondo F1 2016 e per il dispiacere di molti tifosi della rossa nonché per gli amanti delle competizioni sportive in generale, abbiamo visto una Ferrari che non ha rispettato per ora le aspettative dichiarate da Sergio Marchionne. La SF16-H, pur essendo una macchina molto competitiva, per ora non è riuscita veramente ad impensierire la W07 Hybrid, anche se, soprattutto nel primo Gran Premio stagionale, Sebastian Vettel ha rischiato il colpaccio. Ma c'è da sottolineare che il tutto è nato da una partenza molto critica del duo Mercedes, cosa che comunque fa parte dello sport. 


SCUDERIA FERRARI: la qualifica è ancora un problema, ma è la gara che preoccupa!
Analizzando le due parti fondamentali dei primi due weekend di questa Formula 1 2016, ossia qualifica e gara, si potrebbe affermare che il gap più importante tra la SF16-H e la W07 Hybrid è presente in qualifica. Ma i problemi di affidabilità alla Power Unit, che hanno comportato un depotenziamento in molte fasi di gara del GP dell'Australia e del Bahrain, stanno preoccupando e di non poco i tecnici della scuderia italiana. Se nel 2015, a Maranello si aveva la certezza di arrivare alla domenica, con un gap minore dalle Mercedes rispetto alle qualifiche del sabato, ora questa certezza non è più cosi presente. Cerchiamo di capire il perchè.

MERCEDES W07: il bottone magico dura ancora di più!
Sappiamo che in quel di Stoccarda hanno svolto un lavoro straordinario su tutta la vettura e che in particolar modo il reparto AMG ha messo a punto una Power Unit a dir poco eccezionale (tralasciando tutte le polemiche sulla politica delle agevolazioni e conoscenze anticipate dei regolamenti FIA, va beh i tedeschi è giusto che ringrazino il caro marpione Ross); una unità motrice capace di spingere davvero molto, soprattutto quando viene azionato quello che è stato battezzato come “bottone magico”.



In Mercedes, già dallo scorso campionato del mondo di Formula 1 avevano impostato una configurazione “iper racing” a bordo delle proprio monoposto, che consentiva ai piloti di avere un surplus di potenza da usare sporadicamente per compiere giri in modalità "missile".
Questo surplus di potenza era disponibile nella passata stagione per un totale di una sessantina di km percorribili con media oraria di 200 km/h e di circa 12-13 giri su tracciati con lunghezza di percorrenza intorno ai 5 km. Ma nell'inverno passato Mercedes ha lavorato molto sulla durata di questo potente BOOST che fornisce circa 35 CV (qualcosina in meno in gara, a quanto ci è stato detto) in più alla Power Unit in qualifica, riuscendo ad incrementarlo, a quanto raccolto da F1AnalisiTecnica, del 50%: ora l'autonomia della particolare mappatura aggressiva è di 90 km (quasi 1/3 di gara) quantificabili in circa 17-18 giri su tracciati con lunghezza di percorrenza intorno ai 5 km.

Il BOOST aumenta i CAVALLI della parte endotermica della Power Unit
E' opportuno iniziare con il dire che l'aumento di potenza è relativo alla parte TERMICA della Power Unit: andiamo quindi a vedere quali sono i componenti che consentono di incrementare i cavalli erogati dal MCI.

Sicuramente l’incremento di potenza, oltre ad una mappatura dedicata, deriva dal gruppo di sovralimentazione turbina-compressore o meglio ancora dal livello di pressione dell’aria comburente. Prima di valutare il come può esser realizzato questo overboost Mercedes ripassiamo il funzionamento del sistema di sovralimentazione tramite turbocompressore. 


Il turbocompressore è una sistema di sovralimentazione composto da due macchine termiche distinte, compressore e turbina, calettate sul medesimo albero e dunque solidali l’un l’altra durante il funzionamento. I gas esausti provenienti dai collettori di scarico del motore termico investono radialmente la girante della turbina, mettendola in rotazione, cedendo quindi parte dell’energia cinetica dei gas stessi e proseguendo poi il percorso disegnato dal condotto di scarico fino all'emissione in atmosfera.
La messa in rotazione della turbina causa la messa in rotazione del compressore che si vede trascinato dalla prima macchina termica.
L’aria in ingresso al compressore viene aspirata assialmente e compressa per poi essere inviata all'intercooler di raffreddamento (si ricorda che ogni compressione provoca il riscaldamento del fluido compresso) da cui poi si otterrà aria comburente in pressione e “fresca” a disposizione del motore a combustione interna.
È evidente che più è alto il regime di rotazione della turbina, dunque anche quello del compressore, e più alto sarà il valore della pressione a cui viene compressa l’aria. È importante sottolineare che il regime di rotazione della turbina è strettamente dipendente dalla portata di gas esausti che investono la stessa; dunque anche il livello di pressione generato dipende dalla portata dei gas di scarico.
Per evitare problemi meccanici strutturali, che congiuntamente a stress termici, (i gas che investono la turbina si trovano a circa 850°C) possono portare alla rottura del sistema di sovralimentazione, si limita il regime di rotazione (e quindi la pressione di compressione dell’aria comburente) semplicemente creando un by-pass ai gas di scarico; i quali, superata una soglia di pressione prestabilità e regolata attraverso la valvola wastegate (valvola responsabile di questo processo di by-pass) non investono più la girante della macchina termica ma vengono convogliati direttamente allo scarico.

È evidente che la regolazione della valvola Wastegate è fondamentale per stabilire a quale valore di pressione far operare il motore termico (stabilendone la potenza erogata) e il regime di rotazione del gruppo turbocompressore a cui ovviamente è associato il regime di rotazione (e quindi il flusso di energia elettrica) del sistema elettrico MGU-H.

L'aumento della pressione di sovralimentazione avviene tramite il motore elettrico MGU-H
Sembrerebbe facile concludere che il famoso “bottone magico” della Mercedes possa agire sulla regolazione della valvola westegate spostando il limite di apertura della valvola a valori di pressioni superiori. Ciò consentirebbe di aumentare il numero di giri del gruppo TC e di conseguenza aumentare la pressione di sovralimentazione dell’aria comburente in ingresso al MCI. In tal caso il motore termico svilupperebbe sicuramente potenze superiori ma avrebbe un regime di rotazione maggiore di quello a cui stanno operando le PU attualmente. Per ottenere un incremento significativo di potenza (almeno una ventina di cavalli) nascerebbe infatti la necessità di operare con regimi di rotazione del motore termico sicuramente superiori a 13000 giri/min, per poter garantire portate dei gas esausti sufficienti ad alzare il regime di rotazione della turbina. Dato che ciò non avviene (per via della costanza della portata di combustibile al di sopra dei 10500 giri/min) non possiamo attribuire l’overboost del bottone magico alla semplice regolazione della valvola westegate.


Se assumiamo che il regime di rotazione massimo del motore termico resti invariato tra la configurazione overboost e la configurazione standard, ipotizzando inoltre che la gestione del numero di giri del gruppo di sovralimentazione turbina-compressore venga reso indipendente (parzialmente) dalla portata di gas di scarico e che venga invece gestito dal componente elettrico MGU-H.
In fase di assorbimento elettrico, quindi con l’MGU-H funzionante da motore, la rotazione del gruppo TC può essere gestita per generare pressioni dell’aria comburente superiori al funzionamento standard a pari regime di rotazione del motore termico (dunque con portate di gas di scarico che da sole non consentirebbero di raggiungere il regime di rotazione del TC ottenibile in questa configurazione) . 

Il tutto si traduce in un incremento di potenza erogata dal motore a combustione interna a pari numero di giri, ottenendo una curva di erogazione spostata su un livello di potenza superiore a quella standard.

Un secondo importante aspetto da considerare è l’energia elettrica a disposizione per attuare questo tipo di strategia. È ben importante considerare che l’energia elettrica recuperabile dal sistema MGU-H è illimitata (a differenza di quella recuperata dal sistema MGU-K limitata a 2 MJ/giro) ma al tempo stesso l’energia immagazzinata nelle batterie non può superare i 4 MJ/giro di differenza tra carica minima e massima della sistema di stoccaggio. Ne risulta che oltre ai problemi di affidabilità, esiste un problema legato al limite di accumulo di energia elettrica, che deve quindi esser gestita con la miglior strategia possibile. Utilizzare il BOOST durante la qualifica, rispetto alla gara (è anche per questo che si riescono a generare leggermente meno CV) è molto più semplice poichè nella qualificazione è possibile partire dai box con batterie cariche e rientrare con batterie scariche. Mentre in gara è tutto più complicato, e necessita di una Power Unit veramente efficiente per quanto riguarda il recupero di energia tramite MGU-K(ers) e soprattutto dall'altro motore elettrico, denominato MGU-H(eat). Sembra dunque che i tedeschi, forti anche di componenti elettrici molto prestazionali, già dal 2014 abbiano unito l’efficienza del recupero di energia elettrica all'utilizzo della stessa in modo intelligente.

In Bahrain anche la FERRARI SF16-H ha utilizzato il "BOTTONE MAGICO!"
Per coloro che lo scorso anno si erano chiesti perché altri team come Ferrari, non adottavano un sistema a “bottone magico” come in casa Mercedes, possiamo rispondere che il tutto doveva nascere dal progetto originale della Power Unit e che le modifiche necessarie a non compromettere i motori durante il funzionamento in overboost sarebbero stati troppo rilevanti per essere affrontati. 

Finalmente, già da metà della scorsa stagione, a Maranello si era iniziato a lavorare sulla nuova Power Unit 2016, incentrando lo sviluppo anche su questo particolare utilizzo del generatore elettrico MGU-H e sulla modalità BOOST da sfruttare almeno per la prima parte di stagione soprattutto in qualifica, visto che era li dove la SF15-T pagava molto gap nei confronti della W06 Hybrid.

E finalmente in Bahrain, ha ufficialmente debuttato sulla SF16-H il bottone magico made in Maranello. Mappatura che non è ancora nella versione più aggressiva, poiché a quanto ci è stato riferito, l'incremento di potenza si è attestato attorno a "soli" 20 CV (e del margine c'è ancora).

FERRARI SF16-H: tre - quattro decimi in Bahrain ma solo per due giri!
A quanto sappiamo, l'esordio di questa particolare mappatura è rimasta in dubbio fino all'ultimo, poiché i tecnici della scuderia italiana, dopo il fail della turbina nel primo Gran Premio stagionale, non erano sicuri che la nuovissima Power Unit potesse sopportare tale incremento di prestazioni; esse infatti sono legate, come scritto precedentemente, alla pressione di sovralimentazione del gruppo turbocompressore, il vero problema della nuova unità motrice italiana.

Infatti, è sul gruppo turbocompressore che i tecnici del Team italiano stanno lavorando duramente ormai da qualche settimana; problema che poi purtroppo si ripercuote direttamente sulla parte ibrida della nuova Power Unit italiana.


A Maranello durante lo scorso inverno è stata fatta una scelta: per poter massimizzare la potenza dell'unità endotermica si è optato per una turbina di grosse dimensioni, prodotta esternamente dal fornitore Honeywell. A quanto pare però, il dimensionamento della stessa è stato errato e i problemi attuali legati alla turbina sono molti ed importanti. Avere una turbina molto grande significa avere un grosso effetto chiamato "turbolag" o "ritardo del turbo". Partendo quindi dai bassi e medi regimi, per risolvere il grosso problema del turbo lag sugli attuali motori sovralimentati V6 di Formula 1 viene utilizzata, grazie all'MGU-H che funge da motore, dell'energia immagazzinata nella batteria che aiuta a mettere nel giusto range di funzionamento in termini di velocità di rotazione la turbina. Ma questa energia, recuperata precedentemente, è come se venisse "sprecata", visto che altrimenti potrebbe essere scaricata sottoforma di CV tramite l'altro motore elettrico, l'MGU-K.

E' proprio per questo motivo, ossia per preservare l'integrità del turbocompressore, gli ingegneri della scuderia italiana non hanno voluto eccedere nel numero di chilometri eseguiti con la particolare mappatura molto aggressiva. Vettel e Raikkonen infatti, hanno potuto godere del nuovo BOOST, integrato in Bahrain grazie ad un nuovo software, per soli due giri quindi solo circa 10 km.  

Raikkonen ha corso depotenziato in alcune fasi di gara!
Ora, anche grazie ad una veloce ma attenta analisi di Leonardo Fiorentino nel nostro articolo di analisi della seconda gara stagionale, vogliamo mostrarvi come sono variate le velocità nei tre settori tra la sessione di qualifica e la gara.

Sessione di qualifica con mappatura BOOST, mentre in gara, addirittura per moltissimi giri, Kimi ha girato con una mappatura molto più "safe", da circa 25 CV in meno rispetto alla mappatura classica Ferrari. Per darvi dei numeri, con quest'ultima configurazione, Ferrari paga invece circa 10 CV da Mercedes; divario che aumenta quando Hamilton e Rosberg sfruttano il BOOST anche durante alcune fasi del Gran Premio (esempio: al primo giro lanciato in uscita dai pit stop).

Velocità massime - Qualifica:

1° settore Vettel 251.4 Rosberg 252.9
2° settore Raikkonen 277.6 Hamilton 277,7
3° settore Vettel 297.2 Hamilton 301,5

Velocità massime - Gara:

1° settore Raikkonen 238.6 Hamilton 246.1
2° settore Raikkonen 254.7 Rosberg 256.6
3° settore Raikkonen 297.7 Hamilton 302.0

Il circuito di Shakir ha un primo settore dove, a parte la prima curva, molto lenta, sono presenti due rettilinei di cui uno molto lungo e dove la potenza della Power Unit è fondamentale. E dai numeri sopra riportati, in gara la SF16-H pagava quasi 8 km/h dalla Mercedes allo Speed Trap del primo settore. Per concludere l'analisi del circuito del Bahrain, il secondo settore è un misto di curve medio - veloci, dove Ferrari si è comportata molto bene durante il weekend e dove la SF16-H dai dati GPS andava più forte addirittura della W07. L’ultimo settore è costituito da un altro rettilineo una curva a 90° e poi dritti fino al traguardo.

E se in qualifica il problema relativo alla energia immagazzinata nella batteria non sussiste poiché le batterie sono sempre cariche al massimo, e il turbocompressore per un giro singolo può sopportare anche l'elevato numero di giri senza aver grossi problemi, in gara l'energia inizia a scarseggiare, e il turbocompressore risente degli sforzi meccanici e termici, se continuamente sollecitato ad alti numeri di giri necessari per massimizzare il recupero energetico da MGU-H.

Il gap di 8 km h che si era creato in alcune fasi di gara (era poco più di 1 km/h in qualifica), lo si può spiegare con il fatto che una volta passati sul traguardo con la batteria piuttosto scarica, effettuando curva 1, piuttosto stretta e lenta, ci si trovava con la poca energia recuperata in frenata, da utilizzare sia per vincere il turbo lag che per le prime fasi di accelerazione. Ma la troppa energia richiesta per vincere il turbolag, faceva terminare quasi subito l'energia elettrica con conseguente generazione di velocità molto più basse rispetto al caso della qualificazione. Ed anzi, si pensa che da un certo punto in poi del rettilineo, la Ferrari andasse addirittura in recupero di energia con H, energia molto utile poi, nelle successive parti del circuito.

Concludendo, finché non verrà aggiornata la Power Unit italiana, è bene che il team capisca che è inutile rischiare troppo per arrivare comunque in terza posizione, anche se un po più vicini al duo Mercedes. In questi momenti, anche un Team blasonato come Ferrari deve imparare ad accontentarsi, aspettando tempi migliori!

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