1. ¿POR QUÉ CONVIENE TENER
UN DINAMÓMETRO?
Todos los corredores comprenden que sin caballos de fuerza (sin
potencia) ese kart no irá a ningún lado. Debido a que los dinamómetros
son la única herramienta diseñada específicamente para medir la potencia
del motor, no es sorprendente que los corredores líderes quieran tener
un dinamómetro propio. Este artículo examina puntos que se deben
considerar antes de seleccionar y utilizar esta costosa herramienta.
Como sucede con la mayoría de los equipos de prueba, un dinamómetro
ayuda a aislar y a cuantificar un parámetro en particular (en este caso
la potencia de salida del motor) del rendimiento general del vehículo.
¿Por qué usted necesita hacer esto? Los corredores (que no utilizan
dinamómetros) a menudo racionalizan y dicen: "Yo sólo hago las pruebas
en la pista, ¡es allí en donde realmente importa!" Infieren que la
potencia de salida es buena si los tiempos de vuelta son bajos. Pero,
¡esto no puede discriminar entre la contribución de un conductor
experimentado y un motor potente! ¿Prefiere que el médico, en lugar de
medir la presión arterial con instrumentos, determine si los pacientes
están bien si sobreviven entre una consulta y otra?
Muchas modificaciones destinadas a mejorar la potencia sólo ayudan a
rpm elevadas, pero, en realidad, reducen la potencia. Incluso con días
enteros de pruebas en pista, es posible que arruine alguna tubería nueva
con rpm elevadas, a menos que también pruebe con muchos cambios de
cadena. ¿Qué sucede si también necesita combinar la mezcla de
combustible? ¡Agregue las combinaciones que crecen exponencialmente y
extienda las pruebas en pista para que duren años! Los propietarios de
dinamómetros apuntan en el sentido correcto con sólo un par de
“tracciones” que duran 20 segundos.
El uso de un dinamómetro también le ayuda a evitar descuentos
"insignificantes" de menos del 1% de ganancias de las modificaciones.
Solamente porque no puede “sentir” un único aumento de potencia de menos
del 1%, ¡no significa que desea renunciar a diez de esos trucos! Al
combinar pequeñas mejoras los profesionales ganan trofeos.
2. ¿QUÉ NECESITO EN UN
DINAMÓMETRO?
Supongo que usted es un constructor de motores serio que desea
comenzar a realizar pruebas con un dinamómetro en sus instalaciones.
¿Qué necesita? En primer lugar, para medir el par del motor, su sistema
de dinamómetro debe proporcionar una carga. Los ingenieros automotrices
se refieren a este dispositivo de carga como absorbedor o “freno”
(porque los primeros absorbedores de dinamómetro utilizaban un tambor y
un freno de cinta para cargar el motor). En realidad, los absorbedores
no absorben la potencia. En cambio, la convierten en otra forma de
energía, como calentar agua o aire.
En la actualidad, existen varias opciones de absorbedores
comercialmente disponibles para motores de karts. Los ingenieros
profesionales, con presupuestos de Fortune 500, a menudo usan
generadores eléctricos de CC con excitación de campo controlada por
computadora para cargar y regular sus motores. La potencia del motor a
menudo se disipa como calor en el área de la armadura o conectado a
elementos de calentamiento remoto. Si las rpm operativas del motor de
pruebas son lo suficientemente bajas, se puede acoplar de manera directa
a la armadura con un eje de transmisión. Los motores de karts con más de
6.000 rpm necesitarán una transmisión con reducción de engranajes para
hacerlos coincidir con estos generadores de bajas rpm.
¡Este pequeño freno DYNOmite para karts posee capacidades de potencia
que exceden las del freno de corrientes parásitas que está a su lado!
La ventaja principal de los sistemas de generador eléctrico es que se
pueden reajustar en cualquier punto, desde carga cero hasta plena carga,
en microsegundos. Esto le permite al ingeniero regular la velocidad del
motor dentro de un margen de muy pocas rpm (incluso mientras cambia las
configuraciones del acelerador). Desafortunadamente, el costo de un
generador con capacidad adecuada, el controlador de excitación y el
hardware de soporte asciende a decenas de miles de dólares. Después,
falta comprar el sistema de adquisición de datos. Si el motor de su kart
funciona con altas rpm, necesitará una adecuada reducción de engranajes.
Las transmisiones con reducción agregan aún más costos, complejidad y
arrastre parásito.
El dinamómetro generador de CC tiene otra desventaja. Posee un
momento polar de inercia demasiado alto. Esa es la manera elegante de
decir que la armadura del generador parece un volante gigante para el
motor diminuto del kart. Alta inercia significa que se necesita mucha
potencia para acelerar la armadura. Del mismo modo, mucha potencia
almacenada será devuelta al bajar las rpm. Esto distorsiona los datos de
prueba siempre que cambian las rpm. De manera que, mientras que los
dinamómetros generadores son adecuados para el control en estado
estacionario, no resultan útiles para pruebas en condiciones
transitorias de aceleración rápida.
Los frenos de corrientes parásitas son similares en características
operativas a los absorbedores eléctricos generadores de CC. La
diferencia principal es que el freno de corrientes parásitas, en
realidad, no genera electricidad. En su lugar, usted usa una fuente de
alimentación eléctrica para cargar sus bobinas electromagnéticas. El eje
de entrada del freno hace girar un rotor metálico dentro de ese campo
magnético resultante. Cuando el operador del dinamómetro aumenta el
suministro de corriente a las bobinas, el eje del rotor se endurece para
que el motor de prueba gire. Al igual que el generador de CC, la ventaja
de un freno de corrientes parásitas es su respuesta rápida a las
instrucciones de carga de la computadora de control. Desafortunadamente,
esto también se agrega al costo elevado del dinamómetro generador de CC.
Estos frenos de corrientes parásitas disipan la potencia del motor
como entrada de calor al rotor. Es preciso enfriar el rotor o, de otro
modo, podría derretirse. Los frenos de corrientes parásitas refrigerados
con aire cuentan con aletas de refrigeración sobre un gran rotor de
hierro, lo cual les da aspecto de rotores de frenos de disco para
automotores. Sin embargo, estos grandes rotores tienen demasiada masa en
el volante y dominan la inercia giratoria de una instalación típica de
un dinamómetro de un kart.
Existen frenos de corrientes parásitas refrigerados con agua que
tienen inercia giratoria mucho más baja (al menos comparada con
corrientes parásitas refrigeradas con aire y sistemas generadores de
CC). Desafortunadamente, el sistema de refrigeración agrega complejidad
y aumenta aún más el costo. Aún así, si cuenta con un presupuesto de más
de $50.000 para un dinamómetro, puede darse el lujo de tomarlos en
cuenta.
Antes de que se asuste con estos símbolos de estatus tan costosos,
examinemos absorbedores más accesibles. La primera y la más simple de
las formas de frenos era, por supuesto, los frenos. Tan sencillo como
eso. Se usaba un tambor giratorio con una pastilla de freno a fricción
para aplicar arrastre en el eje de salida del motor. Tenían el aspecto
de viejos frenos para camiones. Para medir la torsión, se insertaba
alguna clase de unión de escala calibrada en los puntos de anclaje de la
pastilla de freno para desplegar la carga de arrastre aplicada. Los
problemas con los frenos a fricción incluían gran dificultad para
regular con exactitud la carga y la refrigeración de la pastilla de
freno.
Un dispositivo de carga más controlable es la bomba hidráulica de
aceite. Éstas se encuentran a veces en dinamómetros de motor con
potencia moderada y bajas rpm. Una bomba de aceite con desplazamiento
positivo actúa como el freno y el orificio ajustable de la válvula de
descarga de aceite establece la carga. Si la bomba es pequeña, puede
tener una inercia más baja que el generador de CC y las unidades de
corrientes parásitas, pero a veces las unidades necesarias de reducción
de engranajes y los adaptadores acoplados vuelven a elevarla. Como
muchos absorbedores, las unidades de bomba de aceite convierten la
potencia del motor de pruebas en un aumento de temperatura del fluido.
Debido a que no es posible descargar libremente el aceite, se debe usar
un sistema de refrigeración (por lo general, un intercambiador de
agua-calor), para mantener la temperatura del aceite dentro de límites
seguros.
Cuando se requieren costos reducidos, baja inercia, límites altos de
rpm y capacidad de potencia de un motor de carreras, la opción de
absorbedor que prevalece es la de freno de agua. Durante décadas, éstos
han sido los favoritos de los fabricantes profesionales de motores para
automóviles. Los frenos de agua son otra forma de absorbedor de bomba
hidráulica. Por lo general, estas bombas tienen uno o más rotores de
paletas que giran entre cubiertas embolsadas del estator. La carga se
controla al variar el nivel de agua en el freno por medio de orificios
ajustables de entrada y/o salida. Al elevarse el nivel de agua, aumenta
el arrastre giratorio del rotor de la bomba, lo cual aplica más
resistencia al motor que lo hace girar. Lo interesante es que el freno
de agua es, por su diseño, una bomba muy ineficaz. ¡Agota la potencia de
salida de su motor al hacer "agua caliente instantánea"! Debido a que el
agua caliente descargada está limpia, se puede permitir que salga o se
puede enfriar y hacer que vuelva a circular.
La capacidad de potencia comparada con el tamaño de los frenos de
agua es sorprendente. ¡El freno de agua de 8 libras mostrado en la foto
de la página 15 soporta alrededor de 65 Hp continuas a 12.000 rpm! Al
compararlos, el freno de corrientes parásitas de 300 libras que se
muestra a su lado tiene el mismo índice de potencia continua y sólo es
útil a 7.000 rpm. No es casualidad que los frenos de agua sean casi la
única opción para probar el arrastre de los motores de autos de más de
2.000 Hp. Los frenos de agua modernos, como el que se ilustra, tienen el
peso y la inercia lo bastante bajos como para montarlos directamente
sobre el eje de salida del motor del kart. El montaje directo elimina la
inercia y el arrastre parásito de los ejes de mando, las juntas en U, el
rodamiento de tejuelo, etc.
Todos los absorbedores mencionados pueden ser controlados a mano por
un operador (con una perilla simple) o por computadora. El control de
carga del freno de agua con válvula manual no responde de igual manera
que el generador de CC ni los controles de corrientes parásitas, pero si
cuenta con buenos controles electrónicos de servoválvulas, usted podrá
reducir bastante la diferencia.
3. PROBLEMAS DE ENERGÍA EN EL VOLANTE
Al considerar las ventajas y desventajas de los diferentes
absorbedores, sigo mencionando los problemas relacionados con la alta
inercia. Para ilustrar cuánta potencia puede absorber “misteriosamente”
la energía del volante, ¡construyamos un dinamómetro simple y económico
sin frenos! Éste será un “dinamómetro de inercia”, porque la salida de
potencia del motor “terminará” en un volante pesado.
Este ejemplo utiliza un volante que es grande en relación con el
motor, para que el acelerado de la combinación de ralentí al máximo de
rpm lleve varios segundos. Un sistema rápido de adquisición de datos
registra los períodos de tiempo y los cambios de rpm. A partir de esa
información calculamos la torsión y la potencia que el motor suministró
para acelerar la masa conocida del volante. La fórmula para determinar
la torsión es:
Torsión = JM * rpm por segundo / 9.551
donde JM representa el momento polar de la inercia
del volante de inercia de nuestro dinamómetro.
Si desconocemos el momento polar de inercia del volante (y nuestro
volante tiene una sección transversal de grosor constante) podemos
calcularlo con la fórmula:
JM = (W * r ^2) / 32.16 / 2
donde W representa el peso del volante en libras y
r es su radio en pies.
Cuando tenga la torsión, es sencillo calcular la potencia con la
fórmula estándar:
Hp = Torsión * rpm / 5252
Considere que las rpm en la última fórmula deben ser las rpm promedio
durante el período de prueba.
Digamos que nuestro ejemplo usa un volante de 10 libras, de 8" de
diámetro (por lo tanto, tendría un momento polar de inercia de .017
pies-libras-segundos2). Si el motor pudo acelerar este volante de por
ejemplo 4,800 rpm a 5,200 rpm en 2/10 de segundo (una tasa de 2,000 rpm
por segundo) esto representaría un par de 3.6 libras-pies. Dado que
nuestro ejemplo anterior tenía rpm promedio de 5,000, produjo 3.4 Hp
durante la prueba. Eso es todo. Desafortunadamente, los dinamómetros
inerciales por sí mismos no son útiles para llevar a cabo la prueba en
estado estacionario necesaria para el desarrollo metódico de
revoluciones, tuberías, etc. No es posible ajustar la carga para
mantener el motor en un punto determinado de rpm, debe estar siempre
acelerando. Aún así, la prueba inercial es útil para determinar
problemas de aceleración y manejabilidad.
La razón real para el ejercicio matemático anterior es ilustrar
cuánta potencia fue necesaria para acelerar ese pequeño volante. Si
usted compra un absorbedor con un momento polar de inercia en el mismo
rango que el de nuestro volante del ejemplo previo, no espere poder
efectuar pruebas de aceleración de barrido. Incluso si acelera a sólo
200 rpm por segundo, ¡consumirá menos de 10% de la potencia de nuestro
motor de muestra! Por fortuna, los sistemas computados de adquisición de
datos de alta gama brindan algoritmos de composición para quitar los
efectos de la inercia del absorbedor (y del tren del cigüeñal) de los
datos de aceleración. En un dinamómetro de alta inercia, se requiere
compensación incluso para pruebas de barrido con índice bajo.
4. MEDICIÓN DE POTENCIA
Supongamos que instala un lindo freno con baja inercia para cargar la
salida de torsión del motor, ¿cómo mide esa torsión? ¡Algunos
dinamómetros generadores de CC y de corrientes parásitas usan
transductores de torsión giratoria en línea porque miden el par motor
antes de la influencia del rotor de alta inercia! Sin embargo, el
transductor giratorio solo agrega de $3,000 a $10,000 al costo de su
sistema de adquisición de datos. Por fortuna, la baja inercia del freno
de agua hace que se pueda prescindir del transductor giratorio.
Para obtener más datos de torsión sin un transductor giratorio, la
carcasa externa del freno se debe montar con flotación libre (es decir,
en rodamientos del soporte). Luego se evita la rotación de la carcasa
con una especie de "brazo de torsión" que sobresale de manera radial
desde la carcasa. Algunas uniones estacionarias de soporte sostienen el
extremo del brazo. Se denomina brazo de torsión, porque “siente” el 100%
del par motor que intenta hacer girar al freno cargado. En esta unión de
brazo de torsión anti-rotación, se inserta una escala calibrada o
"transductor de célula de carga". Este transductor convierte cualquier
fuerza aplicada en una señal de par utilizable que le suministra a un
medidor o a una unidad de adquisición de datos.
Considere que algunos dinamómetros con bomba de aceite saltean el
gasto de una célula de carga e intentan usar presión del aceite de
descarga (por lo general, en conjunto con una tabla de búsqueda), como
una estimación rudimentaria de la salida de potencia. Esto no es
adecuado para las pruebas de rendimiento del motor. Independientemente
del tipo de absorbedor que seleccione, debe obtener un transductor que
pueda medir la torsión de manera directa y exacta, no “adivinarla”.
Se supone que una pantalla electrónica o un sistema de adquisición de
datos se comunican con una célula de carga eléctrica con puente de
extensímetro. Este tipo de célula de carga incluye una sección
transversal metálica con una cuadrícula electrónica de alambre muy fino
adherida a su superficie. A medida que esa sección transversal se
comprime, se tensiona o se pliega (según la unión y el diseño de la
célula de carga), la cuadrícula de alambre adherida se deforma de igual
manera. La deformación casi infinitesimal de la cuadrícula de alambre
cambia apenas su resistencia eléctrica. El circuito electrónico actúa
como un medidor de ohmios para leer el cambio de resistencia, sólo que
se calibra en libras-pies. Se utiliza este mismo principio en todo,
desde los dinamómetros que cuestan $500,000 hasta las balanzas digitales
para baño que valen $19.95.
Generalmente, la calibración de la visualización de torsión para
obtener exactitud es simple. Por lo general, se cuelga un peso
certificado hacia fuera del extremo del brazo de torsión horizontal
mientras se observa la visualización de torsión. Se multiplica la
distancia desde el centro del freno hacia fuera, de donde se colgó el
peso, y dicha distancia debe coincidir con las libras-pies de la torsión
indicada. Si la lectura no coincide, el sistema de adquisición de datos
brindará los medios necesarios para recalibrarla y así eliminar la
desviación.
Cuando tenga un sistema que mida con exactitud la torsión en
ejecución, sólo necesita un tacómetro calibrado para calcular la
potencia. Los caballos de fuerza especifican la tasa a la cual su motor
es capaz de producir un nivel determinado de torsión (consulte la
fórmula anterior de caballos de fuerza).
5. REGISTRO DE DATOS
En los dinamómetros antiguos, un observador debía registrar con lápiz
y papel las lecturas simultáneas del tacómetro y del medidor de torsión.
Hoy, la mayoría de los tacómetros reemplazan las notas del observador
por la electrónica de la adquisición computarizada de datos. ¡No creería
cuán frecuentemente quienes observan una prueba se emocionan por el
ruido y el entusiasmo y, en consecuencia, nadie registra los datos! O
peor aún, el constructor de motores que tiene intereses creados
"redondea" las lecturas. Un buen sistema computarizado de adquisición de
datos debería ser obligatorio para todas las pruebas reales, punto. Por
fortuna, hoy es posible obtener capacidades de registro, control y
reproducción en un paquete portátil que vale $2,000 y que hace años
hubiera costado lo mismo que una casa y ocupado una pequeña habitación.
Un sistema computarizado de adquisición de datos adecuado debe tener
una tasa rápida de muestreo, en especial para probar motores de un solo
cilindro y de cuatro tiempos. Al decir rápida, me refiero a 100 muestras
por segundo (100Hz), como mínimo, de todos los canales sensores. Una
tasa de registro de 200Hz es aún mejor. ¿Por qué? Hay que comprender
que, entre las chispas de las bujías hay una caída mensurable en la
torsión instantánea del cigüeñal y las rpm. El cigüeñal se acelera en
los momentos posteriores a la combustión, luego comienza a detenerse
hasta llegar a casi dos revoluciones, después la bujía se vuelve a
encender. Usted no siente estas subidas y bajadas rápidas mientras
conduce por la pista (con toda la inercia del vehículo), ¡pero el
dinamómetro sí!
¡Si toma la muestra a sólo 50Hz, eso será nada más una única torsión
y una muestra de rpm revolución de por medio (a 6,000 rpm)!
Periódicamente, una serie de muestras se sincronizará con las chispas de
las bujías, en tanto que en otras ocasiones, las muestras se
sincronizarán con los tiempos de compresión con potencia más baja. Al
usar un sistema rápido de adquisición de datos para leer cada ciclo de
encendido varias veces, se capturan los datos suficientes para extraer
el promedio de este fenómeno. Las ilustraciones de este artículo
muestran los mismos datos con y sin amortiguamiento y promedios. En
tanto que los operadores de dinamómetros ven la misma curva de potencia
en ambos gráficos, los operadores inexpertos esperan una línea suave de
“calidad para publicar”.
La capacidad del sistema de adquisición para promediar y amortiguar
los datos es obligatoria por otras razones. A 200Hz, usted recibe 2,000
líneas de datos aún para una tracción de dinamómetro de diez segundos.
¿Quién desea recorrer siempre 40 hojas de datos para una ejecución de
unos pocos segundos? Al promediar ambos se elimina el “ruido”
transitorio y se produce una impresión más práctica de sólo media
página.
6. CAMPANAS Y SILBATOS
Todo lo que sus pruebas necesitan puede ser una computadora que sólo
registra potencia, torsión, rpm y tiempo. De seguro, lo colocará a la
vanguardia de quienes no tengan dinamómetros en sus instalaciones. Sin
embargo, para desarrollos de motores más avanzados, hay muchos más datos
que podría desear capturar.
Los datos climáticos, es decir, la temperatura del aire, la presión
barométrica y la humedad, deben ser registradas para cada sesión de
prueba con un dinamómetro. Como usted sabe, las presiones barométricas
bajas, las temperaturas altas del aire y la humedad bajarán la salida de
potencia de los motores (y viceversa). Sin efectuar correcciones
atmosféricas, los datos obtenidos bajo otras condiciones no se pueden
comparar de manera directa. A menudo los dinamómetros vienen con las
tablas de corrección atmosférica que se encuentran en la mayoría de los
manuales de ingeniería. Estas tablas incluyen factores para las
diferentes condiciones climáticas, que luego se multiplican por sus
datos de torsión observados. Los datos "corregidos" son estimaciones más
cercanas a lo que el motor debería haber producido si se hubiera probado
bajo, por ejemplo, condiciones atmosféricas “estándar”. Un buen software
de adquisición de datos permitiría ingresar o registrar estas
condiciones y calcular de manera automática los datos correctos.
Es útil contar con termopares idénticos de temperatura del escape y
del cabezal del cilindro a los que quizás ya ejecutó en la pista. Éstos
brindan una verificación de seguridad e información acerca de lo que
está sucediendo dentro del motor. ¡Controlar las lecturas de temperatura
de los gases del escape (EGT) es una buena medida para sentirse seguro!
En motores refrigerados con aire, los termopares de las bujías tienen
igual importancia. ¡Algunos dinamómetros incluyen un software que le
permite incluso programar límites de seguridad que detendrán la prueba
si se eleva la temperatura!
Los termistores montados en el bloque le permiten monitorear
variables de temperatura que podrían influir, sin que se note, en la
potencia del motor. Para obtener datos de prueba repetibles deberá
probar con temperaturas constantes.
Los datos
de los termistores también le permiten verificar la sensibilidad del
motor a las alteraciones del sistema de refrigeración.
La medición del flujo de aire transforma al dinamómetro y al sistema
de adquisición de datos en un banco de flujo dinámico. Se encuentran
disponibles pequeños transductores del tipo de turbina que se conectan a
la entrada del carburador, como si fueran un filtro de aire. Con las
cifras de pies cúbicos estáticos por minuto, usted puede determinar
mejoras en la eficiencia de combustión a partir de las ganancias de masa
de flujo de aire. El software debe combinar la información del flujo de
aire con los datos de potencia y brindar una cifra de consumo de aire
específico de los frenos. Los datos del consumo específico de aire de
frenos (BSAC, por su sigla en inglés) le permiten comparar la eficiencia
de su motor con datos de dinamómetros en otros motores que se encuentren
publicados. Tales comparaciones lo ayudan a enfocarse en áreas donde es
muy probable que deba introducir mejoras.
Como las turbinas de flujo de aire, una turbina de flujo de
combustible brinda consumo instantáneo de combustible y cifras de
consumo de combustible específico de los frenos. Me agrada contar con
las cifras del consumo específico de combustible de frenos (BSFC, por su
sigla en inglés), además de las temperaturas del termopar, para que me
ayuden a distinguir los problemas derivados por la mezcla de combustible
de los inducidos por la sincronización de las bujías, etc. Este valor
agregado se paga a sí mismo en sesiones de prueba que se acortan en gran
medida. Combinado con los datos de flujo de aire, el software puede
incluso rastrear la relación aire-combustible del motor en tiempo real.
Sin embargo, considere que el motor Briggs necesita cierta actualización
del carburador/tanque para permitir la lectura del flujo de combustible.
Otra característica del sistema computarizado de adquisición de
datos, una en la que los compradores no piensan hasta después de hacer
funcionar el sistema, es la activación automática del registro de datos.
Del mismo modo en que, a menudo, los observadores no miden las lecturas,
¡los ocupados operadores de dinamómetros se olvidan de presionar el
botón de registro de datos, al comienzo y al final de pruebas
importantes! ¡Es frustrante presionar el botón "imprimir" y que no salga
nada, o terminar con cientos de páginas de datos del motor que no
sirven! El registro comienza de manera automática, cuando se superan los
puntos de disparo para rpm y potencia, que se pueden configurar con
sistemas de mejor calidad. Algoritmos similares deberían controlar el
final del registro. Esta función simplifica significativamente la tarea
y la vida del operador de dinamómetros.
Para proteger la inversión a largo plazo, asegúrese de que su sistema
de adquisición se pueda adaptar a aplicaciones futuras. ¡Debería manejar
numerosos tipos de señales de rpm de sistemas de encendido, contar con
disposiciones para relaciones de transmisión diferentes a 1:1 (algún día
podría utilizar el dinamómetro con una bicicleta) y además debería
manejar una amplia variedad de tipos de transductores de torsión y
rangos (cuando comience a construir motores para Fórmula-1)!
Al seleccionar un paquete electrónico portátil, puede duplicar el
valor de su inversión. Sólo agregue los sensores de velocidad del
vehículo, acelerómetros, etc. y tendrá un sistema profesional de
adquisición de datos de a bordo. En realidad, ¡el software de
dinamómetro DYNO-MAX para Windows es tan sofisticado que incluso
sustenta el mapeo de Posicionamiento Global Satelital de la ubicación
del kart y las pistas de carrera! Me agrada usar el mismo equipo en el
celular y en la pista, porque purifica las comparaciones de datos.
7. CONSIDERACIONES PARA LA INSTALACIÓN
Cuando le hayan entregado el dinamómetro, aún le faltará conectarlo.
Esto significa conectarlo a un buen suministro de agua (excepto que sólo
tenga un absorbedor refrigerado con aire). La leyes termodinámicas
indican que los absorbedores refrigerados con agua (incluso los de
corrientes parásitas y las unidades de bomba hidráulica) necesitan un
galón por minuto por cada 20 caballos de fuerza que se cargan (se supone
un aumento de temperatura de 100º F). Idealmente, el suministro debería
mantener una presión estacionaria en el rango de 20 a 40 psi.
La mayoría de los suministros de agua de los talleres municipales
cumplen los requisitos para las pruebas de motores de kart. En realidad,
quizá pueda obtener el flujo adecuado de una manguera de jardín de ¾".
Sin embargo, si no tiene suministro suficiente, intente reemplazar ese
grifo restrictivo de manguera de jardín por una válvula de bola de alto
flujo. Si tiene un pozo privado, podría recibir grandes cambios de
presión cuando la bomba se encienda y se apague. De ser así, estabilice
la situación con una válvula reductora de presión de ¾", ajustada a
alrededor de 25 libras por pulgada cuadrada. ¡También puede usar algo
como la pequeña bomba energizada de dos tiempos Land & Sea y una cubeta
de agua para probar el dinamómetro de manera remota en la pista
Además de un suministro de agua, necesitará mucho aire fresco. La
mayoría de los operadores de dinamómetro menosprecian los requisitos de
ventilación de la sala. Se necesita un área amplia con conductos de
entrada y salida combinados con (más de 3) ventilador(es) potente(s)
bastante grande(s) para ventilar la sala. En particular, si intenta
hacer funcionar el escape hacia el aire “abierto” de la célula. Aunque
tenga un buen silenciador, saldrá mucho ruido del sistema de
ventilación. Puede utilizar conductos aislados de paneles de fibra para
amortiguar el sonido. Si no tiene presupuesto para fabricar una célula
de dinamómetro con ventilación adecuada, lo mejor sería llevar a cabo
las pruebas al aire libre, en un día con brisa.
Si su absorbedor no incluye acoplamiento para banco y motor, deberá
fabricar uno que pueda sustentar las cargas de la prueba. Serán
suficientes los tubos de acero estructural de menos de 1½" cuadradas con
una pared de 3/16". El bastidor también debe brindar aislamiento para
vibraciones y amortiguamiento para proteger el costoso transductor de
torsión, los componentes del dinamómetro y el motor en sí mismo. Los
frenos acoplados de manera remota al motor necesitan acoplamientos al
eje de mando que permitan la aparición de algunos errores de alineación
paralela y angular. Si tiene un freno liviano que se acopla directo al
motor, la tarea es mucho más sencilla, pero asegúrese de que tenga un
amortiguamiento adecuado para las vibraciones en algún lugar del sistema
de soporte del brazo de torsión.
8. OBTENCIÓN DE RESULTADOS CONSISTENTES
Más allá del tipo de dinamómetro que elija, es vital controlar las
condiciones de prueba para obtener datos utilizables. No es suficiente
que el equipo de dinamómetro sea exacto, usted debe asegurarse de que
ningún procedimiento inadecuado del dinamómetro esté modificando la
salida del motor. Por ejemplo, si no puede comenzar ninguna de sus
pruebas a partir de un motor y temperatura de cabezal estándares y
estables, no hay manera de determinar qué variable es la responsable de
las diferencias de potencia medidas.
De igual manera, la ventilación insuficiente de la célula puede
permitir que los gases de escape ingresen en el motor, lo cual reduciría
su potencia de manera drástica. ¡He visto operadores de dinamómetros que
cierran los ojos por el olor de los gases de escape al intentar
descubrir por qué el motor de pronto perdió menos del 50% de su torsión!
Es vital amortiguar y/o promediar los datos de torsión si está usando
un motor de kart con el tanque de combustible funcionando con trabajo
doble, como si fuera la taza de flotación de un carburador gigante. Este
diseño, en tanto que es adecuado para equipos de mantenimiento de
césped, no se destaca por un control preciso de la relación
aire/combustible. Cuando el motor tiembla, el combustible chapotea en el
enorme tanque, cambiando la cabeza en el chorro de medición. Lo mejor es
mantener el nivel del tanque consistente y casi lleno para minimizar
este efecto. Según su manual de normas, se podrían implementar
soluciones más sofisticadas. ¡Que no lo desalienten problemas como éste,
son oportunidades! Los corredores usan sus dinamómetros para rastrear y
detener estas fugas de potencia.
Incluso si selecciona un freno de baja inercia, recuerde que los
componentes móviles del motor tienen su propia inercia. Si toma lecturas
mientras el motor está acelerando o desacelerando, se sustrae o se
agrega respectivamente la energía inercial a lo que indican los
medidores. Es lamentable que algunos operadores inescrupulosos de
dinamómetros usen la inercia para mostrar lecturas sorprendentes de
potencia al instante de aumentar de golpe la carga del freno. Es obvio
que estas cifras de "energía inercial aumentada" no tienen nada que ver
con la verdadera capacidad de potencia del motor. Después de operar un
dinamómetro durante cierto tiempo, usted notará las “trampas” en los
datos impresos de dinamómetros de otros operadores. Esta es otra razón
por la cual los fabricantes de motores compran sus propios dinamómetros.
El tema de la energía inercial nos regresa a las capacidades del
dinamómetro en sí mismo. Si está controlando el freno de manera manual
con su muñeca, estará limitado a pruebas en estado estacionario con
pasos discretos de RPM. Puede ser casi imposible hacer un barrido
controlado con índice bajo en algunos motores de carrera irregulares. En
cambio, deberá conformarse con ajustar la válvula de carga a un punto de
prueba con rpm estables y recopilar datos suficientes para poder
promediar las influencias inevitables de pequeñas puntas inerciales y
transitorias. Cuando haya recopilado estos datos, pase con rapidez a las
siguientes rpm y repita el proceso. Al promediar la cantidad suficiente
de datos, este método produce datos muy útiles para quienes trabajan con
un presupuesto.
Si logró comprar un sistema con control computarizado de carga, las
normas cambian. En la instalación típica, la servoválvula, bajo el
control de la computadora del sistema de adquisición de datos, ajusta la
carga en reemplazo del operador, que lo hace a mano. Los frenos de agua
equipados con control de carga computarizado con servo mantienen al
motor en una rutina de menos de 1% de las rpm objetivo. Esto es mucho
mejor de lo que se puede esperar con una operación manual. El control
computarizado de carga permite pruebas de barrido con índices
programables y pruebas de escalón automatizadas (es decir, haciendo
funcionar el motor cada 250 rpm, durante algunos segundos de tiempo de
estabilización y luego registrando, de manera automática, dos segundos
de datos). En realidad, con el control electrónico adicional del
acelerador además del control electrónico de carga usted puede programar
una simulación completa en la pista de carreras y luego sentarse y
esperar que el dinamómetro haga lo suyo.
9. SU PRIMERA PRUEBA CON EL DINAMÓMETRO
Suponga que ha seleccionado un dinamómetro adecuado y que lo ha
instalado en una célula de prueba bien diseñada. ¿Cómo debería efectuar
las pruebas? Si ésta es su primera experiencia con un dinamómetro, es
mejor comenzar con un motor no demasiado potente. Me refiero a un motor
que no funcione con revoluciones muy irregulares, compresión muy elevada
ni ninguna otra cosa que pudiera complicar su funcionamiento. Utilice
algún motor de baja tecnología que sea confiable y que a usted no le
moleste hacerlo funcionar en su máxima potencia (o hacerlo pasar de
revoluciones en ciertas ocasiones).
Cuando haya montado el motor, caliéntelo hasta que alcance una
temperatura de funcionamiento. Durante el precalentamiento, practique
aplicándole cargas livianas al motor. Esto también acelera el
calentamiento. A continuación, abra el acelerador gradualmente hasta
llegar a plena carga mientras usa la válvula de control del freno para
regular las rpm. ¡Observe que es el acelerador el que controla la carga
del motor, mientras que la válvula de “carga” del freno, en realidad
regula las rpm!
Cuando esté con el acelerador abierto por completo (donde se hará la
mayor parte de la prueba) déjelo ahí mientras usted se mueve entre los
puntos de rpm deseados con la válvula de carga del freno. Si está
recopilando datos con el sistema de papel y lápiz, es tiempo de patear a
uno de los observadores en la pantorrilla, para recordarle que debe
anotar los resultados. Quienes tengan sistema electrónico de adquisición
de datos pueden comenzar a presionar el botón (una tercera mano ayuda).
Con un buen sistema computarizado, puede preconfigurar los parámetros de
recopilación de datos, para que, en pruebas futuras, los registros
comiencen de manera automática según los puntos de umbral de rpm que
haya preestablecido.
Cuando haya pasado por cada punto de rpm (mantenga cada uno lo
suficiente como para obtener datos significativos) sólo suelte el
acelerador mientras que descarga, al mismo tiempo, el freno para que el
motor se detenga. Deje de registrar datos, su primera prueba está
completa.
Si no salió bien, inténtelo una vez más. Aprender a operar un
dinamómetro controlado a mano es como aprender a andar en bicicleta.
Todos creen que no lo lograrán o que la válvula de carga, el freno, etc.
están defectuosos. En realidad, con la práctica, los operadores lo
aprenden rápidamente, hasta que se convierte en un acto reflejo.
Si tiene una servoválvula automática, programe las rpm de detención y
el punto de finalización de la prueba, antes de arrancar el motor. Luego
acelere por completo, para permitir que el servo mantenga las rpm por
usted. Presione para comenzar la prueba y deje que la computadora haga
el resto.
10. EXAMEN DE LOS DATOS
En un sistema de registro manual, es hora de tomar la calculadora y
expresar las lecturas de torsión y rpm en cantidades de caballos de
fuerza. Si recopiló datos electrónicos de manera manual, es hora de
reproducir o imprimir los datos. En dinamómetros equipados con
computadoras personales, por lo general, convendrá nombrar el nuevo
archivo de datos y quizás ingresar todos los datos pertinentes del motor
o notas especiales acerca de la operación de prueba que se ha
completado. Muchos paquetes de software le permiten ingresar casi todos
los parámetros, en cualquier lugar, en ventanas predeterminadas. Esto es
útil para que no se olvide de registrar algo importante, además de que
estará todo en una base de datos para que lo pueda volver a revisar. Si
su sistema no está equipado con sensores que capturen las condiciones
climáticas de manera automática, debería anotarlas ahora.
También es importante elegir el mejor formato de registro de salida
para revisar los datos del dinamómetro. En casos donde solamente se
pueden ver los datos presentados de una manera, me parece más útil
mirarlos en gráficos comparados con tiempo, en lugar de comparados con
rpm. Presentados con resolución lo suficientemente fina y/o promedios
adecuados, una impresión temporal ayuda a distinguir entre datos de
potencia válidos y lecturas rápidas falsas. Al examinar los datos, no
confíe en la información capturada durante períodos de cambios rápidos
en las rpm. En cambio, busque intervalos (durante el período de
funcionamiento abierto del acelerador), donde el motor mantenga rpm
estables a lo largo de varios segundos consecutivos. Cuando examine los
datos registrados comparados con el tiempo será sencillo notar los
intervalos donde mantuvo las rpm lo suficientemente estables para que
los datos de torsión sean válidos, y sin influencia de la inercia del
tren del cigüeñal.
Asegúrese de promediar los datos. Se puede extraer incluso el
promedio de las cifras con un pequeño error inercial, para producir
información utilizable. Los sistemas computarizados de adquisición de
datos le permiten establecer períodos de promedio y amortiguamiento que
se adapten al tipo de prueba que está efectuando. Para nuestro ejemplo
de tracción en estado casi estacionario debería establecer
aproximadamente un segundo de amortiguamiento y alrededor de 1/10
segundos de promedio.
Si algo sale mal con los resultados, por ejemplo, si las rpm fallan
por un factor de dos, es posible que haya seleccionado una configuración
incorrecta del pulso del tacómetro. O bien, si los caballos de fuerza
son sólo una fracción de lo que deberían ser, ¿estaba abierto por
completo el acelerador durante la prueba? Los operadores que prueban por
primera vez tienen el hábito de retrasar el acelerador, en lugar de
aumentar el arrastre del freno, al intentar regular las rpm. No se
olvide del problema de que los gases de escape regresan al sistema de
admisión. Entonces, si la potencia parece sólo un poco baja, bienvenido
a la realidad de los caballos de fuerza. ¡Alégrese de que el motor que
sus amigos están mirando sea el de una chatarra y no ese motor con “mega
potencia” acerca del cual estuvo exagerando!
Efectúe una segunda prueba de tracción, repita los mismos
procedimientos que en la primera. Recuerde primero llevar el motor hasta
una temperatura consistente. Como no hemos introducido cambios, estamos
buscando repetición, no un aumento de potencia. En realidad, está
probando su propia repetición y la del motor, dado que el dinamómetro no
cambia entre una operación y la siguiente. Siempre que sea posible, en
especial al buscar pequeñas mejoras, vuelva a probar el motor en su
forma de base. Esta verificación adicional de la realidad ahorra mucho
tiempo a largo plazo.
11. DÍA DE GRADUACIÓN
Solamente después de haber adquirido ciertas capacidades como
operador de dinamómetro y cuando pueda demostrar repetición, podrá
avanzar para introducir modificaciones en busca de potencia. De la misma
manera en que no es recomendable comenzar a probar nuevas modificaciones
del motor en pista si no ha corrido numerosas vueltas durante semanas,
no tiene sentido hacer esto mismo con el dinamómetro. Por supuesto, es
casi obvio, ¡haga sólo una modificación a la vez!
Debería intentar algunos cambios en ese motor "chatarra”, para
obtener más experiencia en el manejo de dinamómetros. Es sencillo probar
una combinación de cabezal de cilindro de alta compresión y/o
empaquetadura más delgada. También puede experimentar con combinaciones
diferentes de avance de encendido y chorro. Si ha equipado el
dinamómetro con sondas de temperatura de escape, etc., verifique cómo
cambian a medida que agrega caballos de fuerza con modificaciones y
tiempo de funcionamiento.
Si posee otros instrumentos, practique con ellos también ahora. Un
motor con fuerte flujo de aire, la relación correcta entre
aire/combustible y la temperatura adecuada de escape, pero con salida
estelar de potencia, le indica cosas tales como una baja relación de
compresión. Temperaturas de escape demasiado elevadas, con relación
correcta entre aire/combustible, indica sincronización tardía de la
chispa de encendido. Intente verificar el flujo de aire al probar con
otras tuberías de escape. Si la nueva súper tubería envía tanto el flujo
de aire como la potencia hacia abajo, es probable que no la recupere con
cambios en la afinación.
La belleza de tener un dinamómetro propio es que éste le brinda la
oportunidad de efectuar las pruebas metódicas que todos desean hacer.
Prepárese para las sorpresas. Le parecerá increíble cómo ciertos
detalles pueden introducir mejoras, en tanto que otros trucos más
elaborados no aportan nada.
Fuente:
http://es.land-and-sea.com/dyno-dynamometer-article.htm
