martes, 26 de febrero de 2013

turbo de geometría variable - revolución diesel

¿Una nueva entrada en mi blog refiriéndose a los motores diesel de nuevo? Si.
Únicamente para constatar una de las mejoras más evidentes en este tipo de motores, una innovación en el apartado de la sobrealimentación: el turbo de geometría variable.


Si nos adentramos un poco en el funcionamiento de un turbo convencional, veremos que una de las mayores desventajas del mismo es la falta de elasticidad (http://www.blogger.com/blogger.g?blogID=4183539143026693218#editor/target=post;postID=4362218803284656341;onPublishedMenu=allposts;onClosedMenu=allposts;postNum=0;src=postname)

Es decir, el turbo necesita una carga mínima de los gases de escape para dar presión. Como esta carga se obtiene al girar el motor a un número determinado de revoluciones el turbo tarda en cargar. Es lo que se conoce como "efecto turbo" o "patada" del turbo.
Para paliar esto podemos modificar los conductos de alimentación, reducir el tamaño del turbo, etc. Pero esto compromete el rendimiento máximo, es decir, si reducimos el tamaño del turbo éste no será capaz de soplar hasta la potencia presión / caudal deseados y por tanto la potencia se reducirá.

Bien, una vez presentado este inconveniente del  turbo veamos como podemos resolverlo.

Para resolverlo es obvio que debemos hacer que el turbo sea más eficiente. Trabajar en revoluciones bajas así como en altas con una buena presión en el compresor. Para lograrlo se diseñó el turbo de geometría variable. Con esta innovación la turbina puede variar su geometría para trabajar con una baja presión de los gases de escape y seguir dando una buena potencia máxima. El secreto es que hace variar la geometría de sus álabes en función de una serie de parámetros de funcionamiento del motor.






En el esquema podemos apreciar el corte en la turbina mostrando la corona donde se aloja el mecanismo de álabes móviles. Estos álabes comandados por un sistema neumático (asociado al sistema de vacío del motor) varía su posición en función del número de revoluciones.



 Reduciendo la sección se obtiene una mayor eficiencia de la turbina y por tanto un buen comportamiento en bajas r.p.m. Así una vez se van incrementando las r.p.m. la sección se hace mayor y el turbo rinde adecuadamente dando el caudal y presión adecuados al motor.

Con esta breve explicación decir que las ventajas del turbo de geometría variable son evidentes. De hecho los motores diesel han tenido en esta ventaja tecnológica la clave de su éxito comercial y la capacidad de presentar cara a las mecánicas de gasolina en cuanto a prestaciones puras y capacidad de recuperación.

Todos estos años han propiciado que alrededor del 80% de parque automovilístico en España haya sido de motores diesel. Esta tendencia se está invirtiendo actualmente debido a la equiparación de precios de la gasolina y el gasóleo, lo que provoca que sea cada vez más largo el periodo de amortización de un diesel respecto a un gasolina. Ruidos, vibraciones, complejidad mecánica, intervalos de mantenimiento y agrado de conducción a aparte.



Es más, la tendencia es a que las mecánicas de gasolina se aprovechen de las ventajas del turbo. Actualmente, con la reducción de cilindrada (downsizing) con motivo de mejorar los consumos, el turbo es una solución muy aprovechada. Normalmente turbos de pequeño tamaño, gobernados electrónicamente que proporcionan una curva de par plana y rendimiento aceptable en altas revoluciones.

Ejemplos de ello son los motores 1.2 y 1.4 TSI, Twin Power turbo del BMW serie 3 F30, con consumos que rondan los 5L. Como un diesel.



El verdadero avance se dará cuando, precisamente, los turbos de geometría variable se monten en mecánicas "populares" de gasolina. Sólo el motor Porsche del nuevo 911 lleva TGV. El coste elevado es la principal causa. Esto es debido a que la temperatura de los gases de escape es muy alta en un motor de gasolina y el mecanismo que varía la geometría no es capaz de soportar esas temperaturas. Los gases de escape de los motores diesel salen a un menor temperatura (900 frente a 400ºC aproximadamente).


Hasta la próxima entrada!!!






lunes, 25 de febrero de 2013

Glosario de términos automovilísticos

Elasticidad (añadido el 25-02-2013): capacidad del motor para dar un rendimiento adecuado en una gama amplia de revoluciones. Esta característica es independiente de la potencia máxima del motor y/o su nivel prestacional.

viernes, 15 de febrero de 2013

Subviraje y sobreviraje

Hola,
ciertas palabras que se usan en las retransmisiones de F1 así como en comentarios técnicos, nos pueden dejar fríos.
Es el caso de las dos que nos ocupan y que centran una de las bases para el correcto equilibrio del comportamiento de un coche.




Obviamente yo no soy un experto en puesta a punto. A pesar de ello voy a intentar explicar desde un punto de vista sencillo que significan y como se corrigen ambas "derivas" del comportamiento de un coche.
Primero hacer entender que estas tendencias se producen cuando llevamos el vehículo al límite, no en condiciones normales de conducción. Para evitar malos juicios de aquellos que toman una rotonda y en su ignorancia ya empiezan a ver visiones de derrapajes, entradas de turbo, etc.

Subviraje (sucks!!!). Esta tendencia es lo que coloquialmente se llama "irse de morro". Habitual en los vehículos de tracción delantera debido a su mal reparto de pesos y a que la tracción en las ruedas de adelante provoca este comportamiento a "tirar de morro". En definitiva el vehículo no responde en su giro al ángulo que aplicamos al volante, el coche gira menos de lo que deseamos. Es un efecto muy desagradable ya que nos hace perder velocidad en la mayoría de los casos. Para subsanar este comportamiento debemos cargar más peso en el eje delantero en su pérdida de adherencia. Por medio de dos maniobras:
- soltar el pie del acelerador
- mantener la dirección estable (no aplicar más ángulo de giro)



Nunca debemos frenar en estos casos ya que podemos provocar un deslizamiento no deseado el eje trasero ó bien un bloqueo de la ruedas delanteras lo que producirá que nos vayamos recto sin posibilidad de corregir el comportamiento del vehículo.



Hay formas de corregir este comportamiento de forma preventiva al conducir, siendo:
- Intentar trazar las curvas con el menor ángulo posible, no trazar en escuadra
- Aligerar el eje trasero cargando peso en el delantero al la entrada de la curva con un ligero balanceo del coche ó aplicando ligeramente el freno a la entrada
- No acelerar en medio de la curva, controlar la tracción que tenemos disponible y acelerar lo más pronto pero sin pérdidas de tracción
- Trazar más despacio a la entrada de la curva
- Para manos expertas existe la técnica de frenar con el pie izquierdo. Manteniendo el nivel de aceleración con el pie derecho frenamos con el izquierdo. Inmediatamente bloqueamos el eje trasero (no el delantero porque seguimos acelerando y la potencia del motor compensa la frenada de dicho eje). Con ello pasaríamos de subviraje a sobreviraje, compensando la deriva y permitiéndonos acelerar más y antes para salir de la curva. Esta es una técnica a depurar y va muy condicionada a la puesta a punto del eje trasero (modelos del grupo PSA como el ZX o el 306 eran muy propicios para esta técnica por su eje trasero ágil).

En cuanto a la puesta a punto del vehículo un exceso de subviraje puede ser debibo a:
- Exceso de presión en los neumáticos delanteros
- Ángulo de caída negativa insuficiente
- Exceso de convergencia
- Rigidez excesiva de los elementos de suspensión del eje delantero en comparación con el trasero
- Mal reparto de pesos (todo adelante)

Corrigiendo estos puntos podemos reducir el subviraje, pero comprometiendo otros aspectos. La puesta a punto es un compromiso, mejoramos un aspecto para empeorar otro.

Sobreviraje!!! (gooooooo!). Este comportamiento es el típico de un vehículo de propulsión, las ruedas traseras pasan la potencia al suelo.



En este caso el vehículo gira más de lo que le pedimos, se produce un deslizamiento del eje trasero. La forma de corregir este comportamiento es realizando un contravolante, girando el volante en el mismo sentido al cual se dirige la zaga del vehículo. De esta manera deshacemos el giro excesivo que provoca el deslizamiento del eje trasero. Esta maniobra es más complicada que la corrección del subviraje, por lo que manos expertas pueden ejecutarla con maestría y realizar una conducción agresiva y segura. Manos inexpertas pueden acabar mal.
Este comportamiento no nos hace perder tanta velocidad como el subviraje. De hecho esta técnica se utiliza en firmes deslizantes para rodar más rápido ya que permite realizar giros aprovechando toda la capacidad de tracción del vehículo. Yendo "de lado" si se puede.



Las condiciones de puesta a punto del vehículo proclives a esta deriva serían:
- Exceso de presión en el eje trasero
- Ángulo de caída insuficiente
- Exceso de divergencia del eje trasero
- Rigidez excesiva de los elementos de suspensión del eje trasero en comparación con el delantero
- Mal reparto de pesos (todo adelante en vehículo de propulsión)

El sobreviraje es más controlable y noble que el subviraje. Podemos conducir agradablemente con sobreviraje y morir del asco con subviraje. Debemos evitar el subviraje y podemos corregir el sobreviraje, esa es la diferencia.

Bajo mi punto de vista y con un cierto nivel de conducción se puede circular más seguro con un vehículo de propulsión con una buena agilidad de dirección y buen agarre del eje delantero. Aunque esto implique la necesidad de corregir el sobreviraje en ciertas ocasiones.



Obviamente esta explicación dejará algunas cosas en el tintero pero eso es otra historia para otro post.
 (oversteer, understeer, byebye!)

Alfonso.

viernes, 9 de noviembre de 2012

Seguridad ayudas a la conducción III

En esta tercera entrega voy a comentar algunos de los sistemas más innovadores que recientemente se han incorporado. Alguno de ellos solo los podemos encontrar en coches de alta gama. Poco a poco se van integrando en los coches más "populares".

- Función "Cornering Light". Sencillo y vistoso sistema por el cual los antinieblas sirven de luces direccionales. No actúan como tales pero el coche hace que automáticamente se iluminen en a un lado y a otro cuando abordamos curvas cerradas, rotondas, esquinas de garaje, etc.

Este sistema es gobernado por la centralita y por algunos sensores comunes a otros sistemas. Por tanto es un sistema que comparte recursos (sinergia) con otros. Así sólo su coste será imputado a la programación de la centralita y los relés de mando (que en su mayoría tienen atenuación de la luz para que haga "bonito").


- Radar de Control de Velocidad de Crucero.
Dicho sistema complementa al regulador de velocidad de crucero. Consta de un radar que se sitúa en el morro del coche y mide la distancia con el vehículo que nos precede. Dicha distancia la podemos seleccionar dentro de unos parámetros de seguridad. Al adaptarnos a la velocidad del vehículo que tenemos delante la distancia de seguridad es constante y eso garantiza un plus de seguridad.
En algunos modelos como el Mercedes Clase S el sistema va más allá y sencillamente copia la velocidad del vehículo de delante llegando a frenar a cero si es el caso. Todo un piloto automático, o casi!




martes, 6 de noviembre de 2012

Efecto Coanda el secreto aerodinámico mejor guardado en F1

Hablando de F1 y el dominion de la aerodinámica como bastión de desarrollo de un coche competitivo. Después de la prohibición de los dobles difusores y de los escapes soplados, uno de los efectos aerodinámicos a los que se ha echado mano para obtener más carga aerodinámica es el llamado Coanda.

Dicho efecto se define como:
El efecto Coandă es el fenómeno físico producido en mecánica de fluidos en el cual una corriente de fluido -gaseosa o líquida- tiende a ser atraída por una superficie vecina a su trayectoria (@wikipedia)

La limitación de los escapes soplados tanto en mapa motor como en la posición de la salida de escape, no permite orientar el flujo de aire hacia donde se quiere. Antes de este cambio de normativa se aprovechaban los gases de escape para ejercer y orientar el aire sobre los alerones del coche. Así obtener más carga aerodinámica. De ahí la gran superioridad de los Red Bull en calificación, donde sus mapas motor permitían quemar gasolina en retención y a media carga de acelerador. Así obtener más gases de escape y por tanto más carga aerodinámica. Esta técnica de enriquecer la mezcla se ha utilizado desde siempre (sobre todo en rallies) pero no para obtener otro beneficio que la refrigeración del motor (sobre todo la cabeza del pistón) por la absorción del calor en el proceso de evaporación de la gasolina sin quemar dentro de la cámara de combustión.


Por tanto la nueva posición de los escapes no hace evidente que se pueda orientar dicho flujo a la parte trasera y ser aprovechado por los diversos apéndices aerodinámicos.


El efecto Coanda como tal evidencia una tendencia del flujo de aire a seguir una superficie, bajo unas determinadas condiciones. Y son estas condiciones el secreto mejor guardado de los aerodinamistas de cada equipo. Diseñar una superficie que atraiga al fluido (aire caliente de los escapes) sería la clave...

Aquí una foto que muestra el camino a seguir por los gases de escape del RB8 (2012):


2012


Comparativamente una foto del RB7 (2011) con los escapes sopladores:



2011

Aquí vemos como el escape sopla directamente el difusor. Al contrario que el la foto del 2012, donde los gases del escape deben recorrer la superficie irregular del pontón hasta llegar a la zona trasera.

Fotos comparativas del Ferrari 2012 vs 2011:
2012


2011




¿Por qué mi coche tira más humo en invierno?

Comúnmente con el tiempo frío y en motores de gasolina aumenta el humo que vemos en el tubo de escape.
No preocuparse. Este humo no es un residuo de la combustión sino vapor de agua. Con el tiempo frío el vapor (sobre todo en motores de gasolina) tiende a condensarse más en las lineas de escape (el metal está frío  durante el periodo de calentamiento).
Por tanto no debemos inquietarnos si en invierno "humeamos más de la cuenta" siempre y cuando este humo sea incoloro, no azul ni negro. En estos casos si que podríamos tener un problema.




Seguridad ayudas a la conducción II

Después de hablar del ABS y del ESP vamos a tratar otro dispositivos que aumentan la seguridad en la conducción.
Una mejora fundamental en cuanto a seguridad pasiva se refiere son las estructuras con deformación programada.
Actualmente las estructuras del chasis de los automóviles están enfocadas a, en caso de impacto, deformarse progresivamente absorbiendo la energía del impacto y protegiendo a los ocupantes del vehículo. Esto se consigue calculando y diseñando la estructura de tal manera que haya partes que se van deformando más que otras que adoptan una rigidez mayor. Con ello se consigue que las partes del chasis más alejadas de los ocupantes (parte frontal y trasera) absorban la energía del choque y esta no pase a la célula de supervivencia que sería la estructura del habitáculo entre los pilares A y C y las piernas del conductor / acompañante.

La linea roja indica el pilar A
Por tanto diferenciamos partes del vehículo como disipadoras de energía y partes de protección a la persona que conservan su rigidez e indeformabilidad. De esta manera permitimos que ante un impacto y en una primera instancia la energía no directamente a nuestro cuerpo por la estructura rígida del chasis haciendo la deceleración más progresiva.
En este video podemos ver que a pesar de lo descompensado del encuentro el Fiat mantiene la célula de habitabilidad indeformada. Vemos como el Q7 penetra hasta la esquina del pilar A.

Si comparamos este video de dos coches modernos con un crash test de vehículos del siglo pasado la diferencia es abismal. Estos últimos no protegen adecuadamente a sus ocupantes. Aunque a simple vista el destrozo en el automóvil es similar...
No me gustaría estar dentro del  Malibú del 69:


Vemos como la célula de habitabilidad del Malibú queda completamente deformada. El dummie para la basura.