Restrictores y potencia turbos CNA análisis científico


Flujo de aire acelerador

Flujo de aire acelerador

 

Este artículo es un poco diferente ya que no vamos a hablar de suspensiones sino de motores y restrictores, pues siento que es algo importante que no se ha discutido lo suficiente. Hace un tiempo hubo una reunión entre preparadores para sugerir cambios al reglamento del CNA, pero no hubo ningún resultado.

Desde hace mucho tiempo, y en muchas series, se vienen utilizando restrictores. La idea de estos es equiparar el nivel de potencia entre los competidores para lograr que las carreras sean interesantes. Por ejemplo este turbo para un carro de WRC tiene un restrictor de 33mm.

Turbo con restrictor WRC

Turbo WRC con restrictor de entrada

 

En Colombia, el campeonato CNA de automovilismo tiene en su reglamento una norma que especifica que los motores turbo deben tener un restrictor de 45mm colocado antes de la entrada del turbo. Desafortunadamente, la elección del tamaño del restrictor no es correcta y les voy a explicar por qué.

Cuando el aire que pasa por un orificio llega a la velocidad del sonido (MACH 1), la física nos dice que en este punto no puede fluir más aire. Esto significa que, sin importar qué pase, no va a poder entrar más aire al motor.

Como muchos de ustedes saben los motores de combustión interna producen su potencia dependiendo de cuanto oxígeno pueden meter al cilindro. Si hay más oxígeno, entonces podrán meter más gasolina y producir una presión más alta en el cilindro lo cual resulta en más potencia.

Utilizando una herramienta en línea de la NASA, http://www.grc.nasa.gov/WWW/K-12/airplane/mflchk.html,  podemos calcular cuál es el flujo máximo de aire que puede pasar por un restrictor. Con esta información y la relación entre potencia y flujo de aire (10 hp por libra de aire por minuto) llegamos a la siguiente tabla. Ésta nos muestra cuál es la potencia máxima para cada tamaño de restrictor (para llegar a estos resultados se utilizó aire a 20 grados centígrados a la presión atmosférica de Bogotá):

 

Diámetro
restrictor
[mm]
Área
[m2]
Flujo masa
aire [kg/s]
Flujo masa
aire [lb/min]
Potencia
máxima
[hp]
30 0.000706838 0.171 22.57 226
31 0.000754745 0.183 24.16 242
32 0.000804224 0.195 25.74 257
33 0.000855273 0.207 27.32 273
34 0.000907894 0.22 29.04 290
35 0.000962084 0.233 30.76 308
36 0.001017846 0.247 32.60 326
37 0.001075178 0.26 34.32 343
38 0.001134082 0.275 36.30 363
39 0.001194555 0.29 38.28 383
40 0.0012566 0.305 40.26 403
41 0.001320215 0.32 42.24 422
42 0.001385402 0.336 44.35 444
43 0.001452158 0.352 46.46 465
44 0.001520486 0.368 48.58 486
45 0.001590384 0.385 50.82 508
46 0.001661854 0.403 53.20 532
47 0.001734893 0.421 55.57 556
48 0.001809504 0.439 57.95 579
49 0.001885685 0.457 60.32 603
50 0.001963438 0.476 62.83 628

 

Como pueden ver un motor turbo con un restrictor de 45mm puede llegar a producir 508 caballos. Casi ningún motor en el CNA ha llegado a este nivel de desarrollo, ya que sería algo muy costoso y complejo. Según me han comentado algunos preparadores lo máximo que se ha llegado en Bogotá es a los 400 caballos.

En comparación, el motor más potente aspirado de 2 litros en Bogotá del que haya oído tiene alrededor de 245 caballos. Como pueden observar la desventaja es bastante grande y puede estar alrededor de 60% aunque en condiciones de carrera la diferencia puede estar alrededor de 30% (menos libras de turbo en carrera por confiabilidad).

Si quisiéramos que hubiera realmente una paridad entre los motores turbo y los aspirados el tamaño de los restrictores debería bajar a alrededor de 31mm, aunque los motores turbo, probablemente, sigan teniendo una ventaja en cuanto a torque.

Muchas series de carreras han implantado restrictores. A continuación les presento algunos ejemplos de éstas:

  1. Campeonato mundial de rallyes WRC FIA restrictor de 33mm con potencia máxima alrededor de 300hp.
  2. Campeonato japonés de Superturismos restrictor de alrededor de 35mm para GT300 con potencia máxima alrededor de 300 hp aunque depende del peso del carro y sus resultados.
  3. LeMans: depende de la categoría pero en general para LMP1 alrededor de 47mm para una potencia máxima alrededor de 520 hp.

 

Como pueden ver, los cálculos que hicimos son cercanos a lo que se acepta por la FIA para las diferentes series. Es un poco extraño la elección de tamaño de restrictor para el CNA, ya que al parecer no se basa en ningún estudio científico. Es casi seguro que la potencia del motor seria la misma si se quitara el restrictor. Ojalá se llegue a considerar un cambio en esta norma para crear un campeonato más interesante y parejo para todos los competidores.

 

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