DONDE ESTA EL LIMITE? Opciones

[nrg]

Buena pregunta amigo, muy buena.

¿donde está el limite? pues probablemente no lo haya. Me explico: si hace 10 años le dices a alguien que existe la posibilidad de hacer girar un motor a 20000rpm (que ahora están a la vuelta de la esquina) te llama de loco para arriba cualquier cosa. Pero hoy ya es factible y como te digo pronto lo veremos. Y porqué es posible:

- primero, porque hoy son utilizables árboles de levas "dessincronizados" del cigüeñal, eso permite tener unos bajos decentes y subir y subir de régimen hasta esos valores.

- segundo: en la actualidad hay excepcionales simuladores de fluidos, que permiten optimizar los conductos de admisión y escape para que aún a esas velocidades todo funcione

- y los ingenieros de materiales nos tienen acostumbrados a darnos (tarde o temprano) lo que le pedimos: materiales ligerisimos pero con una resistencia increible

Si a esto le sumas mejoras en los procesos de producción (que yo sepa los F1 son las únicas máquinas no metrológicas diseñadas con tolerancias 00, es decir con un "error" de ¡¡ décimas de micra !!), que la imaginación no tiene límite, que la experiencia acumulada es enorme, etc... no te extrañe que de aquí a otros 10 años estemos hablando (salvo restricciones de reglamento) de 23000rpm... La leche.

Un saludo.

[nrg]

Maico, las cotas que te doy de 100mm x 37mm son las correspondientes (aproximadamente) al motor Ferrari. Y efectivamente, la velocidad media del pistón es curiosamente "baja" comparada los valores de algunos otros motores menos "extremos". A mi se me ocurre razonarlo de la siguiente manera (ya me contarás). Todo tiene su lógica si no nos olvidamos del principal objetivo de diseño: obtener el máximo output de potencia.

1) Estamos de acuerdo que omitida la sobrealimentación (prohibida y despreciando, en principio, los efectos de las tomas de admisión dinámicas), con la cilindrada limitada a 300cc por cada uno de los obligatorios 10cilindros y con el resto de valores acotados (esperamos) entre unos valores aceptables: lo fundamental para tal fin es subir y subir el régimen de giro. Y para alcanzar esos regímenes y mantener el rendimiento volumétrico en valores aceptables (>0.8) es fundamental:
- primero el uso de árboles de levas de geometría especialmente agresiva. Para alcanzar esas 18000rpm estamos hablando (para empezar) de árboles con ángulos 80-100-100-80 (AAA-RCA-AAE-RCE).
- además para mantener el rendimiento volumétrico en valores decentes a esas altísimas velocidades de giro es importantísimo dar a las válvulas el máximo alzado posible.
- por otra parte sabemos que la cámara de combustión de un F1 es especialmente pequeña (ponle una relación de compresión entorno a 16:1 para un volumen unitario de 300cc) y que (por razones de optimización de la combustión) tiene forma de casquete esférico.

Con estos tres puntos en mente fíjate que la carrera del pistón debe ser lo suficientemente "amplia" para aunar esos enormes cruces de válvula con los necesariamente importantes alzados de válvula en una cámara de combustión especialmente baja en altura (tanto más, por otra parte, cuanto mayor es el diámetro del pistón). No es dificil imaginar lo problemático que resultaría esto si la carrera del pistón fuese todavía menor.

2) y entonces ¿por qué no se usan diámetros menores y carreras mayores, si parece que esto favorecería el proceso de renovación de carga? Las razones como siempre se encuentran en el compromiso del diseño:
- primero porque estaremos de acuerdo en que para obtener elevada potencia es tanto más importante tener un pistón de elevaado diámetro que una carrera larga; y tanto más en estos motores donde se trata de quemar (para aumentar la potencia, olvidandonos en parte del rendimiento) enormes cantidades de gasolina (dosados entorno a 1.3) en un tiempo ridículo (a 18000rpm una vuelta de cigüeñal se produce en 3.3milésimas de segundo, la combustión en pfff!). Grandes diámetros favorecen además la combustión detonante, lo que en estos motores puede resultar de enorme interés.
- y segundo, y lo que parece que más te "choca", así se limita en gran medida la velocidad media del pistón. Y esto es también importante: porque de ese modo se consiguen dos cosas:
Una: reducir las perdidas de potencia por rozamiento (ya te comenté que un 80% de la potencia perdida por fricción se puede situar en la zona pistón-cilindro).
Y dos: porque reduciendo la velocidad media del pistón mantenemos "controlado" el proceso de derrame durante el proceso de admisión. Es decir manteniendo la velocidad en el entorno de esos 20m/s (y con unos adecuados valores de alzado y diámetro de válvula) es posible mantener el proceso de derrame en una situación de "cuasiobturado" lo que permite optimizar el rendimiento volumétrico. Esto sería notablemente más complejo con velocidades de pistón mayores, aún con alzados más grandes a pesar de menores diámetros de válvula.

En definitiva, y como tu bien dices, es (como siempre) una compleja combinación de "pros" y "contras". Para vehículos de uso diário son importantes/habituales dos cosas:
1) hay que evitar la detonación
2) y los regimenes no son tan elevados (a ver quien es el que cumple una norma anticontaminante o de ruido a 18000 vueltas ¿no?)
Entonces, para una cilindrada determinada y un numero de cilindros es conveniente el uso de diámetros contenidos, lo que implica velocidades de pistón más altas: no hay problema: a regímenes de 6000 a 12000rpm esto tampoco representa un gran problema siempre que las valvulas sean las adecuadas. Luego tampoco es tan extraño lo que tu comentas.

Citro: el consumo a fondo esta en el entorno de los 100l/100km . En carrera a unos 75l/100km. Casi na'.

Venga, un saludo.