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UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO
FICM
INGENIERÍA MECÁNICA
MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA
Nombre: Christian Martínez. Fecha: Octubre 15 de 2015.
Curso: Noveno “B”.
1. Tema:
Control de la detonación en motores a gasolina de competencia (F1, NASCAR, LE
MANS)
2. Objetivos:
2.1 Objetivo general.
Indagar a cerca del control de la detonación a la que están expuestos los motores
a gasolina de competencia como F1 y NASCAR
2.2 Objetivos específicos.
Determinar los métodos de control de la detonación.
Conocer qué es exactamente el fenómeno de la detonación.
Determinar los parámetros de relación de compresión que tienen estos motores.
Investigar el número de rpm que alcanzan este tipo de motores.
3. Desarrollo.
Control de la detonación en motores F1.
Mezcla magra, no homogénea, provoca una temprana ignición y causa el fenómeno de
la detonación. Un factor, que causa la detonación espontánea dentro del cilindro, es la
alta compresión de los motores modernos actuales. Para extraer más potencia del motor,
la cámara de combustión está disminuyendo cada vez, aumentando la compresión a
niveles altos y contribuye, junto con los otros factores, mencionados anteriormente, con
el efecto de la detonación. [1]
Los proveedores de motores de Fórmula 1 tienen la difícil tarea de controlar la
“detonación” o “picado”. La detonación es una explosión incontrolada en el interior del
cilindro, que no sólo reduce el rendimiento sino que puede causar daños en los
componentes internos del motor. Los motores turbo son mucho más susceptibles a esto
debido a que trabajan a mayor compresión y menos revoluciones, lo que significa que
hay más tiempo para que surja una segunda explosión.
Aunque los proveedores de gasolina pueden controlar el riesgo de detonación
aumentando los niveles de octanaje, hay que buscar el octanaje óptimo, porque la mayor
potencia no llega con el mayor nivel de octanaje.
Además de ser turbo, los motores de esta temporada tienen inyección directa, es decir,
que el combustible se inyecta directamente en la cámara como en un diésel, en lugar de
ser mezclado con aire previamente. Por eso es muy importante cómo se atomiza al
inyectarlo en un aire comprimido. Cuantas más pequeñas sean las gotas, mayor
rendimiento se extraerá del combustible. [2]
Fig. 1. Inyección Directa e Indirecta. [1]
Los motores de hoy están equipados con sensores de detonación, calibrados para
detectar la frecuencia exacta de detonación crítica. Retardan el ángulo de ignición de la
chispa y reducen la demanda de combustible, disminuyendo la potencia y el torque,
protegiendo el motor de una ruptura consecuente. En otros casos la solución es
aumentar la inyección de combustible, con el objetivo de reducir la temperatura del
cilindro.
La gasolina de un F1 lleva prácticamente los mismos componentes que la gasolina que
le echamos a nuestros coches de calle. La diferencia se encuentra en la proporción de
los mismos.
Gasolina Normal Gasolina F10%
10%
20%
30%
40%
50%
60%50%
40%
10%
30%
10%
25%30%
5%
COMPOSICIÓN GASOLINA NORMAL vs. F1
Parafínicos Aromáticos Otros y aditivos Naftalénicos
Gráfico 1. Porcentajes de los componentes de la gasolina Fórmula 1. [3]
La composición de la gasolina de Fórmula 1 está regulada por la FIA, que establece los
límites admitidos para cada componente. Y esta se analiza en cada Gran Premio.
La densidad de la gasolina de Fórmula 1 por reglamentación debe estar entre 0,720
Kg/litro y 0,775 Kg/litro. Con lo que en una parada de 10 segundos cargan unos 115
litros, que serían unos 85 Kg de combustible. [3]
“El motor de cualquier F1 actual es un V10, atmosférico, de 3000cc. Tiene una relación
de compresión en el entorno de los 16:1. Son motores de carrera muy corta: el diámetro
de pistón se sitúa en el entorno de los 100mm y la carrera unos 36mm. Esto, junto con
unos cruces de válvula enormes (de unos 140º) le permiten girar a altísimos regímenes:
18000rpm. Régimen posible (también) gracias a la contribución de las distribuciones
neumáticas que utilizan (los cierres de válvula por resortes son ineficientes, por no decir
otra cosa, a esas velocidades). Esa capacidad de girar a alto régimen compromete
seriamente su respuesta a bajo régimen: de hecho no es nada descabellado pensar en un
ralentí situado a 7000rpm. Todo esto en números significa un par máximo (aproximado)
de unos 36mkg y una potencia superior a los 800cv”. [4]
Motores de competencia NASCAR.
Para contrarrestar la detonación:
Bajar la temperatura del refrigerante.
Bajar la temperatura del aire de admisión.
Retrasar el punto de encendido.
Utilizar gasolina de mayor octanaje.
Utilizar mezcla rica, para enfriar.
Bajar la relación de compresión.
La llama producida por la combustión de la gasolina normalmente se propaga a una
velocidad de 40 a 50 metros por segundo. Cuando se produce el fenómeno de
detonación la llama puede alcanzar los 1.000 metros por segundo.
Pre-Ignición
Este tipo de combustión anormal es generada por exceso de carbón depositado en el
pistón y la culata. Se manifiesta produciendo detonación y en algunos casos auto
encendido. Este último se hace evidente cuando el motor sigue girando a pesar de que se
ha cortado el encendido.
Generalmente los motores de competencia NASCAR presentan las siguientes
características.
MOTOR: Tipo de Motor SPEC
MODELO: HO Vortec
CILINDRADA: 350 Pulgadas cúbicas, 5.7 Litros 5700 Centímetros Cúbicos
CILINDROS: V8
POTENCIA: 400 HP 5700 RPM a nivel de mar
TORQUE: >424 libras-ft 4200 RPM a nivel de mar
VÁLVULAS: 16
VÁLVULAS POR CILINDRO: 2 Admisión y Escape
ÁRBOL DE LEVAS: SOHC Single Over Head Camshaft
DIÁMETRO X CARRERA: 4.007" X 3.484"
RELACIÓN DE COMPRESIÓN: 9.39:1
DIÁMETRO VÁLVULA ADMISIÓN:1.9"
DIÁMETRO VÁLVULA ESCAPE: 1.6"
MÚLTIPLE DE ADMISIÓN: Edelbrock 7516
CARBURADOR: Holley 4777 C650
TIPO DE ADMISIÓN: 4 Gargantas. [5]
4. Conclusiones.
La detonación o picado es una combustión rápida y violenta de la mezcla aire-
combustible en la cámara de combustión del motor, después del encendido por
la chispa o arco eléctrico en la bujía. Cuando se presenta la detonación en un
motor, se percibe un golpeteo o cascabeleo metálico, llamado en ocasiones
"pistoneo". Este golpeteo es debido a que, cuando existe detonación, la presión
de los gases al interior de la cámara de combustión sube excesivamente,
resultando en grandes fuerzas que actúan sobre los pistones o émbolos del
motor, pudiendo llegar a romperlos.
La detonación es controlada mediante el aumento de octanaje de la gasolina,
pero también ya en la actualidad hay motores que presentan un sistema de
censado para detectar la frecuencia exacta de detonación crítica. Retardan el
ángulo de ignición de la chispa y reducen la demanda de combustible,
disminuyendo la potencia y el torque, protegiendo el motor de una ruptura
consecuente.
Los motores a gasolina utilizados en la Fórmula 1 tienen una relación de
compresión en el entorno de los 16:1, mientras que en los utilizados en la
competencia NASCAR es menor de 9.39:1. Lo que significa que los de F1
presentan mucha más potencia y velocidad.
Un motor de F1 alcanza fácilmente unas 18000 rpm y su ralentí unas 7000 rpm a
diferencia de los motores de competencia NASCAR que tienen 4200 rpm de
ralentí.
5. Bibliografía.
[1] B.-F. SAVER, «BE-FUEL SAVER,» 2014. [En línea]. Available: http://www.economizar-combustible.com/index.php/fenomeno-de-detonacion.
[2] I. Emparan, «Comunidad Fórmula 1,» 19 05 2014. [En línea]. Available: http://www.formulaf1.es/49753/la-guerra-de-los-combustibles/.
[3] «Qué fórmula 1,» 25 02 2013. [En línea]. Available: http://www.que-formula1.com/index.php/articulos-tecnicos/como-es-la-gasolina-de-un-formula-1-2/.
[4] ANDRETTI, «CRONICAS F1.COM,» [En línea]. Available: http://www.cronicasf1.com/Contenido/Tecnica/tecnica_comparacion_f1_vs_wrc.htm.
[5] N. MÉXICO, «NASCAR MÉXICO SERIES,» [En línea]. Available: http://www.nascarmexico.com.mx/v8/noticias/.