Showing posts with label mejora. Show all posts
Showing posts with label mejora. Show all posts

Tuesday, April 14, 2015

Más potencia y menor consumo en el Chevrolet Spark GT gracias al SRP Turbo de VIP Motorsport


El turbo ya está listo, sin embargo al abrir el capó del Spark GT todo se ve muy organizado, salvo un par de mangueras que llevan aire presurizado en la admisión todo conserva su originalidad, ¿aumento de potencia y de torque?, claro, pero debido a que el equipo de VIP Motorsport es de profesionales este Spark GT va a tener que ir a otra sesión en los "rodillos de la verdad".


Rumbo al Dyno
Un dinamómetro es un instrumento utilizado para medir potencia, aquí no vale el "se me hace que ganó más potencia con ese chip mágico que compré en eBay", el Dyno es el polígrafo de los motores y hay de varios tipos: Inerciales (Dynojet), de freno eléctrico (Dyno Dynamics), de cubos (Dynapac) etc., En este caso se usó uno de estos últimos, un Dynapack que posee el Laboratorio de pruebas dinámicas automotrices de la Universidad Tecnológica de Pereira.


En los inicios del proyecto el Spark GT había visitado estas instalaciones para una primera tanda de pruebas en dinamómetro, se midió la potencia en un vehículo sin modificaciones, estos resultados fueron corregidos usando la norma SAE J1349 para evitar sesgos en la investigación. En aquel momento el Spark GT tal y como había salido de fábrica entregó un promedio de 53,1 kW (unos 72 caballos), y antes de que mis estimados lectores bombardeen mi correo con comentarios acerca de que la potencia de un Spark GT es de 80,5 HP, tengan en cuenta que es potencia medida a las ruedas, aplicando un factor de corrección de 15% esos 72 caballos iniciales son 82,8 HP, ahí estaban los caballos perdidos. (ver explicación técnica).


Explicación técnica sobre los resultados en el dinamómetro.
En las pruebas de dinamómetro existen muchas variables que pueden afectar los resultados, el primero es que la potencia es medida a las ruedas (luego el torque es hallado aplicando una fórmula), debido a esto y a que en la línea de transmisión (caja, diferencial, ejes) se pierde algo de potencia por fricción, los valores de potencia que se obtienen en los dinamómetros siempre son menores a los anunciados por los fabricantes, para compensar este efecto esto se aplican factores de corrección que son un estimado y que no siempre son del todo precisos debido a que es muy difícil encontrar cuál es el porcentaje exacto de pérdidas en la línea de transmisión de cada vehículo, este factor puede variar entre dos carros "iguales" debido a la temperatura y tipo de aceite que use el motor y la transmisión, a el tipo de llantas, al peso de los rines, etc. (Aquí pueden ver una prueba en dinamómetro que realicé para comparar cuánto afecta la potencia y el torque el poner unos rines más grandes.)


Los factores ambientales también afectan los resultados de estas pruebas, debido a esto los dinamómetros cuentan con una pequeña estación que mide la temperatura del aire (idealmente seco) y la presión atmosférica para luego aplicar un factor de corrección, pues no es lo mismo medir la potencia al nivel del mar que a la altura de Bogotá, la SAE tiene un procedimiento para esto estipulado en la norma SAE J1349, la fórmula del factor de corrección es mostrada a continuación:


Donde Cf es el factor de corrección.
Pd = Presión del aire (seco) medido en milibares [mbar].
Tc = Temperatura ambiente (medido en Grados Celsius o Centígrados).

Por último los dinamómetros no son comparables entre sí, aparte de que pueda existir una descalibración en el equipo de medición, los valores de potencia varían dependiendo del tipo de dinamómetro que se use, generalmente los que son de tipo Freno eléctrico (Dyno Dynamics) arrojan un valor menor que los inerciales (Dynojet).


El momento de la verdad ha llegado, el Spark GT está en el Dyno, su pequeño motor está acelerando con todo mientras su turbo gira a más de 120.000 rpm lo que produce la sobrepresión necesaria para aumentar la potencia, la prueba se realiza varias veces y unos minutos después la tanda de pasadas ha terminado, el Software del dinamómetro convierte todos esos datos en gráficas y unos valores de potencia y torque, el resultado (aplicando el mismo factor de corrección) son unos asombrosos 122 caballos, eso es unos 7 caballos más de los que entrega un Volkswagen Jetta 2.0 pero en un carro que pesa unos 300 Kg menos.


Pero más asombroso aún es el torque, el gran olvidado y poco entendido pero que últimamente ha cobrado gran importancia a la hora de evaluar las características de un motor, es el torque el que nos va a ayudar a hacer un adelantamiento en carretera, es la fuerza que produce el motor y permite que tengamos una buena respuesta sin necesidad de acelerar demasiado el motor, es ese "empuje" propio de los motores grandes que muchas veces es de más utilidad que la potencia, aquí es donde los motores turbo brillan y este caso no es la excepción: ¡El Spark GT con este sistema de turbo aumentó su torque en 78%!!!, es decir que pasó de 77,4 Nm hasta unos asombrosos 136.3 Nm

Aquí tengo que hacer un paréntesis un poco complicado para no dejar "cabos sueltos", esta cifra de torque es un valor calculado con una fórmula a partir de la cifra de potencia en las ruedas a determinadas rpm, datos obtenidos en las prueba de dinamómetro, espere, espere... ¿que la tía de mi cuñada del sobrino de mi hermano qué?, bueno suena un poco confuso pero la idea es que el dinamómetro no mide directamente el torque en las ruedas sencillamente porque este se multiplica a través de la línea de transmisión en las relaciones de reducción de la caja y el diferencial. (Aquí hay una explicación al respecto).


Pero lo que sí les puedo aproximar es que este valor de 136.3 [Nm] de torque son unos 157 [Nm] o 115 [Lb-Ft] medidos al volante o como nos los dan en las fichas técnicas, para que se hagan una idea esto es apenas 15 [Lb-Ft] menos de lo que tiene una Chevrolet Tracker, y recuerden que el Spark GT pesa casi 400 Kg menos que la Tracker. ¡Asombroso!.

Entonces tenemos un Spark GT con la potencia de un Optra 1.8 y torque suficiente como para adelantar sin problemas en carretera aun con cinco ocupantes y sus maletas (o al menos las que quepan en su pequeño portaequipajes), pero si nos remontamos a la pregunta inicial era algo así como: "Andrés quiero más potencia, torque, confiabilidad, consumo... y no quiero gastarme un dineral en ello", así que esto aun no termina.

El consumo.
Debido a que ahora hay un sistema que aprovecha la energía de los gases de escape y también a que hay más potencia y torque con el mismo tamaño de motor, el equipo de VIP Motorsport esperaba una reducción del consumo de combustible... y así fue.

Las cifras de consumo específico se redujeron hasta en un 28% en las pruebas de laboratorio, de nuevo acá no se trata de un "me parece que el consumo bajó unos kilómetros por galón", sino que fue medido en dinamómetro teniendo en cuenta la cantidad de combustible necesario para producir cierto valor de potencia, esto en ingeniería se mide es gramos por kilovatio-hora [g/(kW*h)] y aquí están las gráficas respectivas:


Aquí tengo que hacer otro paréntesis y es que hay un estudio muy serio detrás de todo esto, pero al final depende en gran parte de la forma de conducir de cada uno para bajar los consumos, no solo en este Spark GT sino en todos los vehículos que ruedan en nuestras calles, pero muy seguramente estas cifras se verán reflejadas en el consumo final y más adelante el equipo de VIP Motorsport me ha prometido un Spark GT con este sistema para ser probado, ya les contaré.

Al final me ha quedado una excelente opinión sobre este proy... Andrés, un momento, faltó algo, "no quiero gastarme un dineral en ello".

El costo.
Los que estamos en este mundo de los carros sabemos lo costoso que puede ser instalar un turbo en un vehículo que no lo traía de fábrica, esto fácilmente puede rondar los 10-15 millones de pesos y no es solo el costo del turbo o el estudio que hay detrás de eso, son un sinfín de piezas auxiliares necesarias para que todo funcione bien y no se rompa en la primera acelerada, también hay que contar con que muchas piezas se realizan de forma artesanal y esto lleva más tiempo de producción y horas/hombre para completar su instalación, algo que sube los costos, pero...

Afortunadamente este es un proyecto que en parte tiene un patrocinio para su estudio y en parte también cuenta con un desarrollo pensado para ser producido en serie, así que el precio para las primeras unidades es de apenas cinco millones de pesos ($5.000.000), después de conocer esto no me voy a molestar en escribir más acá pues de seguro ya estarán en la página de VIP Motorsport preguntando para cuando hay un turno y comenzar con el proceso, yo lo haría.

Por cierto aquí les dejo el link a su página de Facebook y el video en el que pueden conocer un poco más sobre este equipo.

https://www.facebook.com/VIPMotorSport

Monday, April 6, 2015

Más potencia y menor consumo en el Chevrolet Spark GT gracias al SRP Turbo de VIP Motorsport


El dilema.
"Andrés, quisiera hacerle una consulta, tengo un (ponga el nombre de cualquier carro) y quiero algo más de potencia, de paso me gustaría reducir el consumo de gasolina, no quiero gastarme un dineral en ello ni perder la confiabilidad de mi carro, ahhh y si es posible también quisiera parecerme a Brad Pitt". Esta es una de las preguntas que me hacen con más frecuencia, en muchos casos se trata de personas con carros cuyos motores son aspirados/atmosféricos y en donde sus propietarios resultan intentando una cantidad de cosas con las que no van a tener una ganancia de potencia significativa y en otros casos ni si quiera va a existir una ganancia real, con estos últimos me refiero a "chips milagrosos" comprados en eBay, ventiladores en el sistema de admisión, resistencias para el sensor de temperatura de aire, desconectar del regulador de presión de combustible y en algunos casos hasta calcomanías y brujería.

Pero vamos a ser realistas, los fabricantes no dejan mucho margen para extraer potencia de sus motores aspirados/atmosféricos, si fuera tan fácil mejorar la potencia sin comprometer la confiabilidad o la conducción en condiciones normales ellos ya lo habrían hecho; créanme, esos ingenieros saben "una o dos cosas" sobre los motores que están diseñando. Otra cosa son los motores turbo en donde hay formas más sencillas de lograr una buena ganancia de potencia o torque y este último, el torque es el que está tomando gran importancia en el desarrollo de los nuevos motores para mejorar la capacidad de respuesta del motor y para reducir las emisiones contaminantes y el consumo de combustible.


Bueno entonces: "Andrés quisiera hacerle un consulta... más torque, más potencia, menor consumo, poco presupuesto y con buena confiabilidad", así como quienes hacen esta consulta, los fabricantes también quieren menor consumo de combustible para reducir el CAFE, (No es café, es CAFE*) pero también quieren más torque y potencia sin tener que hacer motores más grandes, pesados y costosos que son la pesadilla de los "magos de las finanzas" en las compañías automotrices. Para lograr esto los fabricantes han recurrido a un viejo conocido, el turbocompresor. Aquí expliqué brevemente como es su funcionamiento y sus ventajas.



Explicación Técnica CAFE
El CAFE o Corporate Average Fuel Economy es una serie de regulaciones creadas en Estados Unidos en los años 70 (durante la crisis del Petróleo), fueron creadas con el fin de reducir el consumo promedio y las emisiones contaminantes de cada fabricante automotriz, se calcula basado en una fórmula cuyas variables son el consumo y el área del vehículo (multiplicando la distancia entre ejes por el ancho de vías) y luego ese valor se promedia entre todos los modelos disponibles por el fabricante, así que si por ejemplo un fabricante que vende muchos carros grandes pero también tiene en su línea de productos muchos carros pequeños compensa el promedio, mientras que un fabricante que se dedique solo a hacer deportivos lo va a pasar difícil para lograr un buen promedio, ¿recuerdan el Aston Martin Cygnet?, ese pequeño y sobrevalorado Toyota iQ con logos de Aston Martin y precio de Mercedes-Benz ya tiene más sentido ahora que sabemos esto; esta es otra de las razones por las que los fabricantes se están yendo por el camino de los motores con Turbo, pues son más eficientes y ayudan a reducir el promedio de emisiones y consumo; por cierto los estándares del CAFE están regulados por la NHTSA y la EPA es la encargada de medir las emisiones contaminantes


Entonces ¿qué hacer si su vehículo no trajo un turbo instalado de fabrica?, bueno afortunadamente los fabricantes no son los únicos que pensaron en esta idea y es aquí donde el equipo de VIP Motorsport entra en escena, ellos han desarrollado un sistema que permite mejorar la eficiencia del motor S-TEC del Chevrolet Spark GT y en el camino también lograron más potencia y torque sin reducir la confiabilidad. Ahí está su respuesta.

Y antes de que piensen que es exactamente lo mismo que les dijo el vendedor del chip milagroso en eBay les adelanto algo, un vehículo consume menos combustible en el cambio más alto posible (siempre y cuando no vaya muy bajo de rpm pues esto genera unos esfuerzos altísimos en las bielas y un mayor esfuerzo al motor), pero nuestra topografía muy montañosa y además de un mercado con una gran cantidad de pequeños motores atmosféricos/aspirados no son la mejor combinación para practicar este tipo de conducción, sin embargo con un turbocompresor se mejora el torque a bajar rpm, las pérdidas de potencia con la altura y se aumenta la potencia en todo el rango de rpm, así que facilita la conducción eficiente porque el vehículo va a responder muchísimo mejor sin necesidad de subir las rpm o velocidad del motor.

Aquí una gráfica que explica la teoría anterior, se trata del mismo vehículo (Chevrolet Spark GT) conducido de manera diferente, en el primer caso se acelera a fondo desde 2000 rpm en cuarta, en el segundo caso el vehículo va en segunda, a 4000 rpm y se tiene que usar menos acelerador para lograr la misma potencia que en el primer caso, por lo tanto el consumo va a ser menor ¿cierto?, No.


En el primer caso el consumo específico es menor y aquí hay varias razones: Una es que la mayoría de la energía que se produce en la combustión se desperdicia en pérdidas por fricción, temperatura y ruido, a mayor velocidad del motor existe una mayor fricción, también hay otro factor y es que a mayor velocidad del motor también se inyecta combustible más veces en el mismo periodo de tiempo.


Bien, pero esto de poner un turbo a un motor es algo que muchos preparadores han hecho en muchas ocasiones, ¿cierto? algunos con buenos resultados y otros en los que la confiabilidad no es su punto fuerte y que resultan en una ensalada de válvulas dentro de los cilindros, ¿entonces qué diferencia a este proyecto de VIP Motorsport?, en una palabra: Investigación.


El Proyecto
El proyecto se llama Sistema de Repotenciación Automotriz SRP, en pocas palabras y bien resumido se trata de la instalación de un sistema de inducción forzada a través de un Turbocompresor para mejorar la eficiencia, reducir el consumo y aumentar la potencia y el torque, esto sin necesidad de extensivas modificaciones que alteren la originalidad del vehículo y su confiabilidad. Pero va mucho más allá que eso y de seguro querrán saber cómo lo lograron y que hace de este proyecto algo muy especial.


El desarrollo
El equipo de VIP Motorsport llevó a cabo un admirable proyecto de investigación que comenzó probando el rendimiento del Spark GT en condiciones controladas, las pruebas de laboratorio las realizaron usando un dinamómetro, sistemas de medición de consumo así como otros equipos especializados y claro está: siguiendo las normatividad especificada para este tipo de procedimientos que ha estipulado la SAE (Sociedad de Ingenieros automotrices por sus siglas en Inglés).

Después vino la elección del turbocompresor, esto es algo que no se debe tomar a la ligera, no es como escoger entre Pepsi o Coca Cola, es un proceso que requiere de un estudio concienzudo sobre lo que se quiere lograr de acuerdo a muchas variables. La siguiente tabla muestra algunas de las opciones que tenían en mente entre los cuales quedaron dos "candidatos", pruebas posteriores determinarían cual era la mejor opción dados los objetivos fijados en el proyecto.


Una vez seleccionado el turbo implementaron todos los sistemas de adquisición de datos y comenzaron las pruebas, pero esto implicaba la construcción de sistemas de medición que debían adaptarse al motor del Spark GT, como no es algo que uno pueda ir a conseguir en un Home Center, el equipo debió fabricarlos, aquí les dejo una parte del proceso.


El siguiente paso fue el de instalar el turbo, sus tuberías presurizadas y demás elementos que componen el sistema, siempre con la premisa de mantener la mayor cantidad de piezas originales, incluso lograron mantener la caja y su respectivo filtro de aire original.


Estas imágenes muestran el nivel de terminados que logró el equipo de VIP Motorsport en este montaje, las soldaduras empleadas en la unión de componentes metálicos son asombrosas y esto no solo influye en la presentación del producto sino en su calidad y duración. Y ahora que está todo listo es momento de unir todo y darle vida a este motor.


Hasta aquí la primera parte, en la siguiente entrega tenemos las pruebas de consumo y los resultados de potencia y torque que se lograron con este sistema.

El equipo VIP Motorsport.
Un Ingeniero Mecánico, un Ingeniero Mecatrónico, dos Ingenieros de Sistemas y un Técnico preparador son los principales integrantes del equipo, quienes no sólo tienen un vasto conocimiento en sus áreas y son excelentes profesionales sino que además comparten una pasión: los motores; de un equipo así solo pueden resultar cosas buenas y si a esto le sumamos el apoyo de la Universidad Tecnológica de Pereira, Incubar Eje Cafetero y de Colciencias, ya tenemos todo lo necesario para lograr un proyecto de este nivel; si desean conocer más de este equipo de emprendedores pueden ver su video aquí.

Para más información pueden consultar su página de Facebook aquí:
https://www.facebook.com/VIPMotorSport