Preparación de Motores de Competición

1. Extracto del curso de Racingteachers

2. En este ejemplo 138 gramos es peso total de:
pistón, aro, bulón, gabia y los clips.
Es importante contar siempre con un cigüeñal perfectamente equilibrado para obtener
la mayor Potencia, la mejor aceleración y las mínimas vibraciones, ya que estas
desestabilizan los componentes. Los problemas que causan las vibraciones quitan
rendimiento a al carburación, descomponiendo el atomizado, tan importante para una
optima combustión.
El equilibrado estático es tal vez el más importante porque se encarga de ajustar los
pesos rotativos y alternos del conjunto cigüeñal biela y pistón.
Por regla general en los motores monocilíndricos el peso equilibrante en el cigüeñal
debe estar en un porcentaje de entre el 50 y 60 por ciento del peso alternativo.
Se llama peso alternativo al peso en Kilogramos del pistón con los aros, bulón, gabia y
clips, mas el peso alterno de la biela, medido desde su centro de gravedad.
Es fácil entender que el conjunto de biela-pistón crea un desequilibrio dado que alterna
su movimiento. También debemos entender que el peso de la biela se reparte en una
parte rotativa y otra alterna. La suma del peso alterno pistón-biela forma un valor del
cual obtendremos el peso equilibrante que debe tener las pesas del cigüeñal.
Para comenzar el cálculo primero
pesemos el conjunto del pistón.

3. Ahora pesaremos la biela marcando primero su mitad
para pesarla en equilibrio desde el centro de gravedad.
Si solo pudiésemos medirla montada en el cigüeñal bastará con equilibrarla
exactamente con el plato de la balanza. O sea, la línea del centro de la biela debe estar
perfectamente paralela al plano del plato de la báscula.

4. En este caso el peso alterno de la biela es de 37 gramos.
Pesando la biela desmontada del cigüeñal comprobamos que el peso rotativo
corresponde al 39% del peso total.
La descomposición del peso de esta biela es de:
Peso total: 95 gramos.
Peso alterno: 37 gramos.
Peso rotativo: 58 gramos.
El peso alterno de este motor es de:
Peso alterno de biela: 37 gramos.
Peso conjunto pistón: 138 gramos.
Peso alterno total: 175 gramos.

5. Ahora mediremos el peso que acusa en el cigüeñal
los dos contrapesos de los volantes o mitades.
Debemos tener en cuenta que encontraremos diferentes diseños en el los volantes del
cigüeñal y recordemos que alterar ya sea quitando, agregando o reemplazando por
otro el material, alteraremos no solo el equilibrio de los pesos, sino que también el
efecto de bombeo del carter, la velocidad del flujo en los transfer y la R.C.P. ó relación
de compresión primaria que trataremos mas adelante.

6. Para medir esta diferencia de peso el las mitades del cigüeñal debemos disponer del
útil de equilibrado que se muestra debajo, que esta compuesto por cuatro discos
rotantes paralelos en parejas entre si, montados en rodamientos y alienados de para
que formen una bancada paralela.

7. Si colocamos el cigüeñal en el apoyo de los cojinetes sobre los discos, como se aprecia
en la foto superior, por el efecto de las pesas, la biela se colocará en la posición de pmi
de pistón.

8. Colocando un peso en el pie de la biela
el cigüeñal girara exactamente
180 grados colocando la biela
en la posición pms de pistón.
Este peso agregado y en equilibrio
corresponde al la diferencia de pesos
que tienen los volantes del cigüeñal
y es llamado peso equilibrante estático,
que como ya hemos visto,
corresponde a un valor de,
según el grado de equilibrio,
entre 50 y 60 % del peso alterno.
La mejor manera de agregar peso
sin pasarse es utilizando un recipiente
con liquido sujeto en forma bien
centrada en el pie de la biela.

9. En este ejemplo del cigüeñal de un motor parrilla de karting, para poder cambiar la
posición de la biela de pmi de pistón a pms, agregamos de peso sobre la biela.
El peso agregado aquí fue de 88 gramos.
Es importante realizar este trabajo con cuidado ya que debemos poner la pesa mínima
necesaria para bajar la biela y detenerla en el punto de equilibrio. De allí es que un
recipiente con agua es un modo fácil de agregar y sacar peso.

10. Para calcular el porcentaje de equilibrio de este motor
realizaremos una simple regla de tres:
Peso alterno: 175g.
Peso equilibrante estático del cigüeñal: 88gr.
88 x 100 / 175 = 50,2
Por lo tanto en este cigüeñal
cuenta con un balance de 50,2%

11.
En el recuadro se observa como cambiando
el peso alterno en 10 gramos, inevitablemente
desbalanceamos el conjunto, esto es algo
que naturalmente ocurre cuando en un motor
con un mismo cigüeñal montamos un pistón
de diámetro mayor para aumentar la cilindrada.
Primero veremos que la fuerza equilibrada
no produce vibraciones que afecten la potencia
del motor, este equilibrio esta representado
por un dibujo circular que indica que
la fuerza horizontal y vertical
son del mismo valor.
Se observa que con 10 gramos más de
pistón el empuje desequilibrante
aumenta en forma vertical dejando
un equilibrio de 47,5%.
Personalmente en motores Racing, busco un equilibrio estático entre 50 y 52%.
Un motor bien balanceado, sube a mayor número de revoluciones,
acelerando más rápido, ganando Potencia.

12. Cuando la fuerza vertical aumenta la biela sufre estiramientos
y si se trata de una biela rebajada, mejorada aerodinámicamente,
en altas revoluciones puede producir roturas por corte.
Con 10 gramos menos de peso alternativo obtenemos
53% de equilibrio, en la tabla se observa que la
fuerza horizontal es dominante.
Esta vibración lateral si es grande, descompone la atomización
de la mezcla, además de perder Potencia debido al desequilibrio.
Encontraremos motores de serie que trabajan en posición horizontal,
como en los scooters, donde el fabricante diseña el cigüeñal con
un desequilibrio horizontal a propósito, porque a pesar de perder
un porcentaje de potencia, puede fácilmente, con tensores,
sobres los que va colgado el motor, evitar que las vibraciones,
sobre todo en ralentí, se noten haciendo vibrar al vehículo.

13. Para un motor de serie siempre es mejor decantarse por un poco
de desequilibrio horizontal, dado que este es menos
molesto y no daña los componentes rotantes como los cojinetes.
Resumiendo siempre es conveniente calcular y mejorar el equilibrio
estático del cigüeñal. Actualmente encontramos en motores de 125cc
en adelante eje de balance. Las ventajas montar eje de balance son:
que se puede diseñar el cárter con el volumen ideal para una
buena relación de compresión primaria R.C.P., volantes más pequeños
trabajan con rodamientos más pequeños = menos peso e inercias,
(aunque más peso total) se eliminan totalmente las vibraciones
de alta frecuencia que afectan la homogeneización de la mezcla.
Y como es sabido siempre en todos los motores monocilindricos
por mejor equilibrados que estén siempre, en determinados
regímenes hay vibraciones parasitarias cuando
el peso alterno supera los 180 gramos.

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