lunes, 7 de noviembre de 2011
jueves, 3 de noviembre de 2011
CARTER SECO - CARTER HUMEDO PARTE III
Lubricación en Motores de F1 por carter seco
Los sistemas de lubricación por carter seco es un diseño que intenta lubricar las partes internas del motor para conseguir un rendimiento optimo del motor. Actualmente es el mejor sistema para motores de alto rendimiento y competición y es comúnmente usado en Formula Uno, Le Mans series, IRL y otras categorías bien conocidas.
Los sistemas de lubricación para motores de cuatro tiempos, y pistones alternos pueden dividirse en dos categorías: el diseño de carter húmedo y sistema de carter seco. Ambos sistemas se basan en un depósito de aceite que extrae aceite con una bomba y lo propaga por el motor para la lubricación y refrigeración. Todo el aceite es reutilizado cuando vuelve al depósito donde el ciclo se reinicia.
La lubricación por carter húmedo es mas utilizado por ser mas rentable y adecuado para el funcionamiento de los coches de serie. En este diseño, el aceite del motor se almacena en un sumidero o comúnmente conocido carter ubicado bajo el cigüeñal como parte integrante del bloque del motor. La capacidad de aceite suele ir de 3 a 7 litros dependiendo del tamaño del motor y de su propósito o uso. A partir de este deposito el aceite se bombea por un tubo de absorción y es suministrado al motor bajo presión. Un diseño de carter húmedo tiene muchas ventajas, incluyendo el bajo coste, bajo peso y la simplicidad. Porque la bomba es parte interna del motor, no hacen falta tubos para hacer circular el aceite del deposito al motor, reduciendo los riesgos de fugas, que tanto vemos en Formula Uno cuando sale el famoso humo blanco.
A pesar de sus ventajas, un sistema de carter húmedo no es apto para los coches de competición. En la Formula Uno se experimentan grandes fuerzas G laterales y longitudinales. Esa aceleración centrifuga haría que todo el aceite se precipitara a un lado del carter, dejando posiblemente el motor sin aceite por un corto periodo de tiempo. Este ultimo fenómeno es conocido en ingles como “oil starvation”. Cuando las prestaciones y la fiabilidad son realmente importantes esta situación es inaceptable. Para resolver este problema, el sistema de carter seco, se diseño y se encuentra actualmente en uso en casi todas las competiciones de alto nivel.
El sistema de carter seco, literalmente, mantiene el carter del motor seco y las acumulaciones de aceite son muy pequeñas, lo que da una ventaja adicional de reducir el centro de gravedad del motor y reducir su peso en vacío. El diseño se diferencia del carter húmedo en su deposito externo de aceite. Una vez más, el aceite se bombea a altas presiones y , a continuación, después de circular por las piezas móviles es dirigido al carter del motor. Si bien anteriormente el aceite se almacenaba allí, este es absorbido fuera del motor por una o mas bombas.
En la mayoría de los diseños, el deposito de aceite es alto y estrecho y diseñado con deflectores internos. La bomba en si se compone de al menos dos etapas y hasta de 5 o 6. Con dos etapas, una es para extraer mientras que la segunda es para la etapa de presión. Con 3 etapas la bomba del sistema seco tiene una sección de presión y dos de extracción de aceite, mientras que una cuarta etapa tiene una de presión y tres de extracción. La sección de presión hacer fluir el aceite hacia el bloque del motor, mientras las secciones de extracción con dispositivos especiales extraen el aceite del carter. Este ultimo sistema esta conectado de manera similar al de 3 etapas, mientras que la sección extra se usa para extraer el aceite de la culata. Esto evita el exceso de aceite en la parte superior del motor, reduciendo turbulencias e incrementando la potencia. En algunos casos, una quitan etapa es añadida para conseguir mas extracción de la zona del cigüeñal.
Aplicación en Formula Uno.
Como hemos dicho, todos los motores de Formula Uno usan un sistema de carter seco, simplemente porque no es posible crear motores de tan altas revoluciones con un sistema de carter húmedo. Debido a la congelación de motores, todos los motores tiene un diseño similar con un deposito de combustible situado delante del motor, justo detrás del conductor. La bomba de aceite que hacer circular el aceite a través del motor es (como exige la normativa) impulsada por el cigüeñal mediante engranajes.
Si, si es un motor Ferrari de F1.
Bueno llegados a este punto no me queda mas que hacer referencia a uno de los proveedores de lubricantes en la Formula Uno, gracias a quienes podemos desarrollar este articulo y que nos han facilitado las imágenes, se trata de Shell, proveedor de Ferrari. El Jefe de Tecnología de shell para Ferrari, Dr Lisa Lilley explica:”el lubricante del motor es muy critico. Es la savia del motor, su trabajo es proteger las piezas móviles del desgaste mecánico, reducir la fricción y la perdida de potencia y de que el motor se enfríe, ya que las condiciones son extremas. Se necesita un buen lubricante de motor para lograr el equilibrio adecuado a estas características, asegurando al mismo tiempo que el rendimiento del coche sea optimo, sin perdida de energía y consiguiendo la máxima potencia en el motor.”
El primer trabajo del Aceite shell es la protección de todas las piezas móviles que tienen fricción para evitar el desgaste mecánico. El aceite se alimenta hacia los árboles de levas, minimizando la fricción y el desgaste, mejorando así la fiabilidad del motor. Las enormes fuerzas necesarias para abrir las válvulas con la suficiente rapidez a 19.000 rpm deberá hacerse también a través de un lubricante eficaz y sin fallos.
El motor es expuesto a condiciones extremas y altas temperaturas. El lubricante “multi-tarea” esta diseñado para extraer el calor, controlar la temperatura del motor y previniendo que el calor afecte al motor. La habilidad de un aceite de motor para enfriar es a menudo olvidada. Los pistones pueden exceder los 300ºC, el aceite se rocía en la parte inferior de los pistones para mantenerlos fríos, sin esta protección adicional, sin duda, fallarían en una carrera.
“Cuando consideras que la velocidad de flujo del aceite por le motor es mas rápido que la velocidad de un Ferrari de Formula Uno, esto te da una idea de las condiciones extremas en un motor de Formula Uno”, dice el Dr. Lilley. “En Shell tenemos un equipo dedicado la confección del Aceite Shell para el motor de Ferrari de manera que podamos garantizar que el coche reciba toda la potencia posible”.
Los sistemas de lubricación para motores de cuatro tiempos, y pistones alternos pueden dividirse en dos categorías: el diseño de carter húmedo y sistema de carter seco. Ambos sistemas se basan en un depósito de aceite que extrae aceite con una bomba y lo propaga por el motor para la lubricación y refrigeración. Todo el aceite es reutilizado cuando vuelve al depósito donde el ciclo se reinicia.
La lubricación por carter húmedo es mas utilizado por ser mas rentable y adecuado para el funcionamiento de los coches de serie. En este diseño, el aceite del motor se almacena en un sumidero o comúnmente conocido carter ubicado bajo el cigüeñal como parte integrante del bloque del motor. La capacidad de aceite suele ir de 3 a 7 litros dependiendo del tamaño del motor y de su propósito o uso. A partir de este deposito el aceite se bombea por un tubo de absorción y es suministrado al motor bajo presión. Un diseño de carter húmedo tiene muchas ventajas, incluyendo el bajo coste, bajo peso y la simplicidad. Porque la bomba es parte interna del motor, no hacen falta tubos para hacer circular el aceite del deposito al motor, reduciendo los riesgos de fugas, que tanto vemos en Formula Uno cuando sale el famoso humo blanco.
A pesar de sus ventajas, un sistema de carter húmedo no es apto para los coches de competición. En la Formula Uno se experimentan grandes fuerzas G laterales y longitudinales. Esa aceleración centrifuga haría que todo el aceite se precipitara a un lado del carter, dejando posiblemente el motor sin aceite por un corto periodo de tiempo. Este ultimo fenómeno es conocido en ingles como “oil starvation”. Cuando las prestaciones y la fiabilidad son realmente importantes esta situación es inaceptable. Para resolver este problema, el sistema de carter seco, se diseño y se encuentra actualmente en uso en casi todas las competiciones de alto nivel.
El sistema de carter seco, literalmente, mantiene el carter del motor seco y las acumulaciones de aceite son muy pequeñas, lo que da una ventaja adicional de reducir el centro de gravedad del motor y reducir su peso en vacío. El diseño se diferencia del carter húmedo en su deposito externo de aceite. Una vez más, el aceite se bombea a altas presiones y , a continuación, después de circular por las piezas móviles es dirigido al carter del motor. Si bien anteriormente el aceite se almacenaba allí, este es absorbido fuera del motor por una o mas bombas.
En la mayoría de los diseños, el deposito de aceite es alto y estrecho y diseñado con deflectores internos. La bomba en si se compone de al menos dos etapas y hasta de 5 o 6. Con dos etapas, una es para extraer mientras que la segunda es para la etapa de presión. Con 3 etapas la bomba del sistema seco tiene una sección de presión y dos de extracción de aceite, mientras que una cuarta etapa tiene una de presión y tres de extracción. La sección de presión hacer fluir el aceite hacia el bloque del motor, mientras las secciones de extracción con dispositivos especiales extraen el aceite del carter. Este ultimo sistema esta conectado de manera similar al de 3 etapas, mientras que la sección extra se usa para extraer el aceite de la culata. Esto evita el exceso de aceite en la parte superior del motor, reduciendo turbulencias e incrementando la potencia. En algunos casos, una quitan etapa es añadida para conseguir mas extracción de la zona del cigüeñal.
Aplicación en Formula Uno.
Como hemos dicho, todos los motores de Formula Uno usan un sistema de carter seco, simplemente porque no es posible crear motores de tan altas revoluciones con un sistema de carter húmedo. Debido a la congelación de motores, todos los motores tiene un diseño similar con un deposito de combustible situado delante del motor, justo detrás del conductor. La bomba de aceite que hacer circular el aceite a través del motor es (como exige la normativa) impulsada por el cigüeñal mediante engranajes.
Si, si es un motor Ferrari de F1.Bueno llegados a este punto no me queda mas que hacer referencia a uno de los proveedores de lubricantes en la Formula Uno, gracias a quienes podemos desarrollar este articulo y que nos han facilitado las imágenes, se trata de Shell, proveedor de Ferrari. El Jefe de Tecnología de shell para Ferrari, Dr Lisa Lilley explica:”el lubricante del motor es muy critico. Es la savia del motor, su trabajo es proteger las piezas móviles del desgaste mecánico, reducir la fricción y la perdida de potencia y de que el motor se enfríe, ya que las condiciones son extremas. Se necesita un buen lubricante de motor para lograr el equilibrio adecuado a estas características, asegurando al mismo tiempo que el rendimiento del coche sea optimo, sin perdida de energía y consiguiendo la máxima potencia en el motor.”
El primer trabajo del Aceite shell es la protección de todas las piezas móviles que tienen fricción para evitar el desgaste mecánico. El aceite se alimenta hacia los árboles de levas, minimizando la fricción y el desgaste, mejorando así la fiabilidad del motor. Las enormes fuerzas necesarias para abrir las válvulas con la suficiente rapidez a 19.000 rpm deberá hacerse también a través de un lubricante eficaz y sin fallos.
El motor es expuesto a condiciones extremas y altas temperaturas. El lubricante “multi-tarea” esta diseñado para extraer el calor, controlar la temperatura del motor y previniendo que el calor afecte al motor. La habilidad de un aceite de motor para enfriar es a menudo olvidada. Los pistones pueden exceder los 300ºC, el aceite se rocía en la parte inferior de los pistones para mantenerlos fríos, sin esta protección adicional, sin duda, fallarían en una carrera.
“Cuando consideras que la velocidad de flujo del aceite por le motor es mas rápido que la velocidad de un Ferrari de Formula Uno, esto te da una idea de las condiciones extremas en un motor de Formula Uno”, dice el Dr. Lilley. “En Shell tenemos un equipo dedicado la confección del Aceite Shell para el motor de Ferrari de manera que podamos garantizar que el coche reciba toda la potencia posible”.
CARTER SECO - CARTER HUMEDO PARTE II
Obtener la máxima eficiencia de un motor no sólo es cuestión de diseñar un excelente motor, otras cosas influyen en el resultado final. Dos de ellas son el combustible y el lubricante. En éste artículo vamos a explicar el sistema de lubricación que utilizan los monoplazas Fórmula 1. Antes de eso vamos a ver el funcionamiento termodinámico de un motor de combustión de manera muy resumida.
Un motor de explosión se basa en la transformación de la energía química (combustible) en energía cinética (movimiento). A esa transformación debemos añadirle una parte de energía en forma de pérdidas por calor. Según la ley de la conservación de la energía:
Energía Combustión=Energía Cinética+Energía Térmica
Para aumentar la eficiencia del motor será necesario minimizar la energía térmica. La parte de la energía térmica que surge del rozamiento de las partes móviles es la que va a minimizar el sistema de lubricación que vamos a explicar a continuación.
El sistema de lubricación que utilizan actualmente los coches de Fórmula 1 se llama "lubricación por cárter seco". Éste sistema es más complejo, pesado, tiene más perdidas mecánicas y la fiabilidad es menor que un sistema de cárter húmedo convencional. A pesar de eso es el único que puede garantizar el buen funcionamiento, lubricación y refrigeración de un motor de altas prestaciones como lo son los de la Fórmula 1. Antes de explicar más sobre ello vamos a ver porque no podemos utilizar el sistema convencional de cárter húmedo.
El sistema de cárter húmedo es actualmente la mejor solución para los coches utilitarios ya que tiene un bajo coste, bajo peso y es simple. Como su nombre indica, el mismo cárter ejerce de depósito de lubricante. Su funcionamiento es sencillo, el lubricante se bombea a partir del depósito por un tubo de absorción y es suministrado al motor bajo presión. Este ciclo se repite constantemente mientras el motor esté encendido.
¿Y cuál es el problema? Vamos a explicarlo. El lubricante se almacena en el depósito sin presión alguna permitiendo que se mueva libremente. En los coches de calle eso no significa ningún problema ya que la fuerza más grande que existe es la de la gravedad, muy por encima de las fuerzas longitudinales y laterales que pueden aparecer al hacer curvas, acelerar o frenar. En cambio, las fuerzas longitudinales y laterales que debe soportar un Fórmula 1 son mayores que cuatro veces la fuerza de la gravedad. En situaciones puntuales éstas fuerzas provocarían que el lubricante se almacenara en alguna de las paredes del depósito, dejando así la boca de la bomba "al aire" y el motor sin lubricar. Ésta situación es inadmisible en competición y por esto se desarrolló el sistema de cárter seco que permite tener una buena lubricación en las condiciones que hemos explicado.
El sistema de cárter seco, como su nombre indica, mantiene el cárter sin grandes acumulaciones de lubricante. En este sistema, el depósito es externo al motor y presurizado. Igual que al sistema convencional el lubricante, se bombea a altas presiones desde el depósito hasta el bloque motor, los árboles de levas y parte baja de los pistones dónde ejerce su función de lubricar y refrigerar. Una vez ha circulado por dichas partes, se dirige al cárter. Una vez llega, es absorbido por una bomba de varias etapas, refrigerado y filtrado se envía otra vez al depósito, listo ya para empezar otro ciclo. En los monoplazas actuales de Fórmula 1 el depósito suele ser estrecho y alto y va situado delante del motor, es decir, detrás del piloto.
Resumiendo un poco, podríamos decir que la diferencia básica es que en el sistema de cárter seco el lubricante siempre está sometido a presión con el objetivo de burlar las fuerzas G y evitar que en algunos instantes de tiempo el motor no esté bien lubricado.
Los principales inconvenientes son el precio, la complejidad del sistema y su peso. Deben usarse como mínimo dos bombas: una para absorber el lubricante del motor y llevarlo al depósito, y otra para llevarlo del depósito al motor. El aumento de mecanismos hace aumentar las pérdidas mecánicas, bajar la fiabilidad y aumentar el peso del conjunto.
Para terminar quiero resaltar las dos funciones básicas de un buen lubricante: lubricar y refrigerar. Muy a menudo no se tiene en cuenta la segunda función a pesar de que es elemental para el control de la temperatura del motor. Debemos tener en cuenta que los pistones trabajan a altas temperaturas, cercanas a los 300 grados Celsius.
Un motor de explosión se basa en la transformación de la energía química (combustible) en energía cinética (movimiento). A esa transformación debemos añadirle una parte de energía en forma de pérdidas por calor. Según la ley de la conservación de la energía:
Energía Combustión=Energía Cinética+Energía Térmica
Para aumentar la eficiencia del motor será necesario minimizar la energía térmica. La parte de la energía térmica que surge del rozamiento de las partes móviles es la que va a minimizar el sistema de lubricación que vamos a explicar a continuación.
El sistema de lubricación que utilizan actualmente los coches de Fórmula 1 se llama "lubricación por cárter seco". Éste sistema es más complejo, pesado, tiene más perdidas mecánicas y la fiabilidad es menor que un sistema de cárter húmedo convencional. A pesar de eso es el único que puede garantizar el buen funcionamiento, lubricación y refrigeración de un motor de altas prestaciones como lo son los de la Fórmula 1. Antes de explicar más sobre ello vamos a ver porque no podemos utilizar el sistema convencional de cárter húmedo.
El sistema de cárter húmedo es actualmente la mejor solución para los coches utilitarios ya que tiene un bajo coste, bajo peso y es simple. Como su nombre indica, el mismo cárter ejerce de depósito de lubricante. Su funcionamiento es sencillo, el lubricante se bombea a partir del depósito por un tubo de absorción y es suministrado al motor bajo presión. Este ciclo se repite constantemente mientras el motor esté encendido.
¿Y cuál es el problema? Vamos a explicarlo. El lubricante se almacena en el depósito sin presión alguna permitiendo que se mueva libremente. En los coches de calle eso no significa ningún problema ya que la fuerza más grande que existe es la de la gravedad, muy por encima de las fuerzas longitudinales y laterales que pueden aparecer al hacer curvas, acelerar o frenar. En cambio, las fuerzas longitudinales y laterales que debe soportar un Fórmula 1 son mayores que cuatro veces la fuerza de la gravedad. En situaciones puntuales éstas fuerzas provocarían que el lubricante se almacenara en alguna de las paredes del depósito, dejando así la boca de la bomba "al aire" y el motor sin lubricar. Ésta situación es inadmisible en competición y por esto se desarrolló el sistema de cárter seco que permite tener una buena lubricación en las condiciones que hemos explicado.
El sistema de cárter seco, como su nombre indica, mantiene el cárter sin grandes acumulaciones de lubricante. En este sistema, el depósito es externo al motor y presurizado. Igual que al sistema convencional el lubricante, se bombea a altas presiones desde el depósito hasta el bloque motor, los árboles de levas y parte baja de los pistones dónde ejerce su función de lubricar y refrigerar. Una vez ha circulado por dichas partes, se dirige al cárter. Una vez llega, es absorbido por una bomba de varias etapas, refrigerado y filtrado se envía otra vez al depósito, listo ya para empezar otro ciclo. En los monoplazas actuales de Fórmula 1 el depósito suele ser estrecho y alto y va situado delante del motor, es decir, detrás del piloto.
Resumiendo un poco, podríamos decir que la diferencia básica es que en el sistema de cárter seco el lubricante siempre está sometido a presión con el objetivo de burlar las fuerzas G y evitar que en algunos instantes de tiempo el motor no esté bien lubricado.
Los principales inconvenientes son el precio, la complejidad del sistema y su peso. Deben usarse como mínimo dos bombas: una para absorber el lubricante del motor y llevarlo al depósito, y otra para llevarlo del depósito al motor. El aumento de mecanismos hace aumentar las pérdidas mecánicas, bajar la fiabilidad y aumentar el peso del conjunto.
Para terminar quiero resaltar las dos funciones básicas de un buen lubricante: lubricar y refrigerar. Muy a menudo no se tiene en cuenta la segunda función a pesar de que es elemental para el control de la temperatura del motor. Debemos tener en cuenta que los pistones trabajan a altas temperaturas, cercanas a los 300 grados Celsius.
CARTER SECO - CARTER HUMEDO PARTE I
CARTER SECO, qué es y porqué se usa ...
por mclaren » 23 Sep 2005 16:07
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