Analisis de Maquinas

lunes, 1 de agosto de 2016

Análisis del McLaren MP4/5B de 1990

El McLaren MP4/5B pilotado por Ayrton Senna en el campeonato del año 1990 fue en su momento el Formula 1 con motor atmosférico más potente del mundo.

Con Senna al volante se convertía en una máquina casi invencible, era impresionante escuchar el sonido de su motor Honda, manteniendo siempre a tope de revoluciones para extraer hasta el último cavallo de potencia, llegando a las curvas reduciendo marchas se escuchaba llegar al sobrerregimen sin miedo a que se rompiera, aquel motor irrompible estaba diseñado para salir a la pista a machete, a triturar el cronómetro, justo lo que mejor sabía hacer Senna, pero para soportar ese castigo impenitente necesitaba algo en su interior que los demás todavía no tenían, a lo largo del artículo se tratará de desvelar algunas de las claves del McLaren MP4/5B y su motor Honda V10.

McLaren evolucionó el MP4/5B modificando la versión MP4/5 de 1989 que había sido diseñada por Steve Nichols. Los ingenieros que desarrollaron la versión MP4/5B fueron Neil Oatley y Gordon Murray. Se trabajó a fondo para mejorar la aerodinámica del vehículo, el frontal destacaba por ser más afilado que la versión precedente, los alerones fueron rediseñados y la parte trasera contenía un enorme difusor para mejorar el efecto suelo, conocido como la catedral, compuesto por un inmenso arco central y cuatro arcos más pequeños, situados a ambos lados. Los pontones laterales que albergaban los radiadores se rediseñaron para mejorar la aerodinámica, el aire de refrigeración salía de los pontones por su parte trasera y no lateralmente como en los anteriores McLaren. La caja de cambios era transversal y disponía de 6 velocidades (cambio manual con palanca), era uno de sus puntos débiles debido a su manejo delicado.

Otro inconveniente era el errático comportamiento que presentaba con depósitos llenos. El pilotaje resultaba delicado y el equilibrio del coche dejaba que desear en algunos trazados, algo que nunca se logró encontrar una explicación por este comportamiento.

El motor Honda RA100E era lo mejor del vehículo, muy potente eficaz y fiable. La mecánica japonesa manifestó su superioridad principalmente gracias a su envidiable curva de potencia, que le permitía tener unas impresionantes aceleraciones tanto a bajo, medio y alto régimen de revoluciones. La superioridad del V10 japonés era el resultado de un costosísimo programa de investigación y desarrollo que exigió inversiones auténticamente siderales que llegaron a triplicar las de sus mejores rivales.

De las ocho marcas de motores que compitieron en el mundial de 1990, el honda RA100E V10 era el más potente de todos, al lograr ofrecer en carrera una potencia de 690 hp (515 kW) a 13.000 rpm, diez más que el Ferrari type 036 V12 que desarrollaba 680 hp (507 kW) a 12.750 rpm. Detrás de ellos estaban los motores Ford HBA4 V8 de Benetton y Renault RS2 V10 de Williams con 660 hp (492 kW) at 12,800 rpm. Más atrás estaban los Ford DFR V8, Lamborghini V12 y Judd EV 76° V8 que desarrollaban unos 640 hp (477 kW) a 12,500 rpm en los monoplazas Leyton House y Brabham.

El motor Honda RA100E estaba diseñado por el mítico Osamu Goto, disponía de 10 cilindros en V a 72º, 3493cc, cuatro válvulas por cilindro, para la fabricación de diversos elementos se utilizaron aleaciones ligeras (secretas en su momento) además de la incorporación de otras innovaciones con el fin de aumentar el régimen de giro máximo, aumentar el régimen de giro se traduce en la posibilidad de producir una mayor potencia máxima.

Este motor tenía como característica que todas la válvulas (40 en total) estaban fabricadas en aleación de titanio. También, en este motor introdujo el sistema PVRS (Pneumatic Valve Return System) que tenía como objetivo evitar el rebote de válvulas y así permitir alcanzar mayores revoluciones de forma segura. Las cotas de cilindros eran de 92mm x 52,5mm, con una carrera ultracorta para permitir alcanzar el régimen de giro máximo que era posible alcanzar con el sofisticado sistema de distribución de la culata. La potencia en carrera llegó a ser de 690 hp a 13.000 rpm, pero en clasificación se alcanzaban los 710 hp gracias al aumento de los límites de revoluciones y combustibles especiales, de menor densidad que se utilizaba en la clasificación, y ayudaban al piloto Senna a conseguir las Pole Position. El peso del motor era de 150kg algo superior al del motor Ferrari, pero quedaba mejor situado en el monoplaza al ser más corto y más bajo.

En el campeonato de 1990 se vivió una confrontación entre dos pilotos muy diferentes Senna con McLaren y Prost con Ferrari, las ventajas que se alcanzaba en algunos factores del binomio hombre-máquina eran en parte anuladas por otros factores diferentes, finalmente el factor suerte favoreció a Senna, quien además demostró una determinación superior al del piloto Francés en los momentos decisivos.

CARACTERISTICAS TECNICAS:

Engine
Configuration	Honda RA100-E 72º V10
Location	Mid, longitudinally mounted
Construction	aluminium alloy block and head
Displacement	3,493 cc / 213.2 cu in
Bore / Stroke	92.0 mm (3.6 in) / 52.5 mm (2.1 in)
Valvetrain	4 valves / cylinder, DOHC
Camshaft	Gear driven
Fuel feed	Fuel Injection
Lubrication	Dry sump
Aspiration	Naturally Aspirated
Power	690 bhp / 515 KW
BHP/Liter	198 bhp / liter

Drivetrain
Chassis	carbon-fibre composite and aluminium honeycomb monocoque with fully stressed engine
Front suspension	double wishbones, pull-rod actuated springs and dampers, anti-roll bar
Rear suspension	double wishbones, push-rod actuated springs and dampers, anti-roll bar
Brakes (fr/r)	ventilated carbon ceramic discs
Gearbox	McLaren 6 speed Manual
Drive	Rear wheel drive

Dimensions
Weight	500 kilo / 1,102 lbs
Length / Width / Height	4,470 mm (176 in) / 2,133 mm (84 in) / 965 mm (38 in)
Wheelbase / Track (fr/r)	2,895 mm (114 in) / 1,824 mm (71.8 in) / 1,669 mm (65.7 in)
Wheels (fr/r)	11.75 x 13 / 16.25 x 13

VIDEOS:

LINKS:

McLaren MP4/5B

McLaren MP4/5B(Wikipedia)

Historia de Ligier

Lotus 56

BUGATI 251

Auto Union Type D (1938)

McLaren MP4/5B de 1990

sábado, 23 de julio de 2016

Walter Kaaden, inventor del escape con cámara de expansión

Cuando terminó la 2ª Guerra Mundial la marca DKW fue trasladada a Ingolstadt en Alemania del Oeste, mientras que la fábrica DKW que estaba instalada en Alemania del Este, en Zschopau, comienza la recuperación en 1948 de lo que quedaba de las antiguas fábricas y talleres. A partir de las ruinas de DKW y también de Zündapp se funda la empresa estatal socialista IFA. Dos años después, en 1950, salen las primeras motocicletas IFA. Se trata del viejo modelo RT 125, el último desarrollado antes de la Guerra.

La empresa estatal IFA le dio paso, en 1956, a la denominada VEB Motorradwerke Zschopau, cuyas siglas serán MZ (Fábrica de Motocicletas de Zschopau). Pero antes ocurrieron algunos hechos importantes que impulsarían hacia la cúspide a la nueva marca alemana. Mientras la producción de modelos de cuatro tiempos RT 125 se organizaba, en 1950, muchos técnicos e ingenieros alemanes creían que el motor de dos tiempos tenía todavía mucho que ofrecer, y comenzaron a trabajar por su cuenta en el desarrollo de nuevos motores de dos tiempos.

Entre ellos estaba Daniel Zimmerman, antiguo experto en motores de dos tiempos de la fabrica DKW en Zschopau, experimentando con un antiguo motor DKW de 125 cc, Zimmerman amplió el flujo de entrada de admisión al cambiarlo del cilindro (admisión regulada por la faldilla del pistón) al cárter y regularlo por medio de un disco rotativo (válvula rotativa). El resultado fue sorprendentemente positivo. Sin proponérselo, el viejo Zimmerman había echado las bases del nuevo motor de 2T para competición.

En 1952 llegó a trabajar en Zschopau un estudioso ingeniero de 32 años con grandes deseos de desarrollar sus ideas sobre los motores de dos tiempos, Walter Kaaden (1 Septiembre de 1919 a 3 Marzo de 1996), que había realizado sus estudios técnicos de ingeniería en la universidad de Chemnitz y posteriormente había trabajado en la fábrica de aviones Henschel en Berlín, bajo las ordenes del profesor Herbert Wagner que había inventado el misil antibuque guiado por radio HS 293. Después de la guerra estuvo internado por los americanos antes de regresar a Zschopau.

A partir de los trabajos de Zimmerman de motores con válvula rotativa, y después de mucha experimentación Kaaden comprobó que el sistema de barrido-lazo tipo Schneurle rendía la mejor potencia y fiabilidad. Entonces añadió un tercer transfer, opuesto a la exhaustación. El flujo de gases frescos de éste transfer junto con el de los transfers principales fluía directamente hacia la parte superior del cilindro mejorando la realización del barrido. Habían creado un nuevo tipo de motor de 2T.

Pero Walter Kaaden era un ingeniero genial y pronto introduciría mejoras extraordinarias para potenciar los motores de dos tiempos. Con ayuda de un osciloscopio comenzó a investigar la resonancia de los gases en el sistema de escape, aprovechando las ondas creadas en los mismos para optimizar el rendimiento del ciclo, consiguiendo un aumento espectacular de la potencia. Dicen que se inspiraba en los órganos musicales, en las flautas y sus concepciones. Cada tubo de escape para Kaaden era una obra de arte. Pronto esa dedicación y los duros trabajos para desarrollar nuevos conceptos en los motores de dos tiempos, dieron sus frutos. Los motores de Zschopau tenían el doble de potencia que cualquier otro similar. Por ello, cuando en 1953 se aparecieron en el Campeonato del Mundo, causaron sensación.

Walter Kaaden también fue el primer ingeniero que descubrió la relación ideal calibre/carrera para motores de 2 tiempos de altas prestaciones. Descubrimiento que unido a su conocimiento del flujo de los gases y sus resonancias, lograron que fuese el primer técnico en conseguir que un motor rindiese 200 CV/litro.

El funcionamiento de los escapes con cámara de expansión es el siguiente; cuando la lumbrera de escape se abre, se genera una fuerte onda de presión positiva y rápidamente se desplaza dentro del difusor del escape (A), donde una parte de su energía es reflejada de vuelta como presión negativa (B), lo cual ayuda a vaciar el cilindro de los gases de combustión y facilitar la carga de gases frescos a través de los transfers. El vacío creado en el difusor es lo bastante fuerte como para arrastrar parte de gases frescos por el escape (C), pero la onda de presión positiva creada al principio se refleja en el final de la cámara de expansión y llega a la lumbrera de escape recargando nuevamente el cilindro con los transfers ya cerrados (D). Después se cierra la lumbrera de escape y la presión en el interior de la cámara de expansión del escape se descarga a traves del silenciador hacia el exterior, antes de que comience el siguiente ciclo

Gracias a los descubrimientos de Walter Kaaden se devolvió la superioridad técnica de los motores de dos tiempos en la carreras de motocicletas, y curiosamente lo consiguió cuando la mayoría de los técnicos del planeta estaban desahuciando el motor de dos tiempos, porque pensaban que debido a sus grandes fugas de gases frescos por el escape ya se había llegado al límite de su rendimiento. A pesar de disponer de un presupuesto ínfimo y de las limitaciones políticas, MZ ganó muchas carreras, hasta que en 1961 su piloto estrella, Ernst Degner se fugó del equipo cuando faltaba una sola carrera para vencer el campeonato del mundo (llevaba varios puntos de ventaja al segundo), desertando de MZ para marcharse a Suzuki con una maleta llena de documentación y piezas, y un buen conocimiento de la moto desarrollada por Kaaden. Al año siguiente Suzuki ganó el campeonato del mundo de 125cc con una máquina inspirada en la MZ de 1962; lo que hizo que los gobernantes de la RDA impidieran que sus motos volvieran a correr en el extranjero.

La tecnología de dos tiempos de la marca alemana MZ fue transferida a las marcas Japonesas Suzuki, y más tarde a Yamaha debido a la fuga de Ernst Degner. Por la combinación de los diseños que trajo Degner de MZ y con la tecnología Japonesa en el campo de la metalurgia, hicieron que los motores de dos tiempos Japoneses avanzaran enormemente en términos de potencia y fiabilidad.

Ernst Degner desertor de MZ se unió a Suzuki a finales de 1961.

Durante los años sesenta Suzuki y Yamaha ganaron el campeonato del mundo de velocidad utilizando extraños sistemas de lumbreras y sistemas de admisión por válvula rotativa, originalmente desarrolladas por DKW y MZ.

Suzuki RT 63, 125cc, 2 cilindros, valvulas rotativas, refrigeracion liquida, 25,5 hp a 12.000 rpm.

Pero los ingenieros de Yamaha fueron todavía un paso más lejos. Como se puede observar en la imagen siguiente, añadieron un par de transfers auxiliares a continuación de los transfers principales, los cuales también dirigen el flujo de mezcla a la parte superior del cilindro.