DINAMÓMETRO Tecnología

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