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#1 el 27/3/2014, 12:43 pm

Javi_F1M

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Medidor de flujo de combustible: Qué es y cómo funciona

Daniel Ricciardo fue descalificado en Australia por superar de manera constante el flujo máximo de combustible de 100 kg/h en carrera


Como diría el director de la Escuela Hogwarts de Magia y Hechicería, Albus Dumbledore: "a la vista de los sucesos recientemente acaecidos" en la F1, se hace obligatorio que tratemos de dar algunas explicaciones sobre como es y como funciona el sistema de medición del consumo instantáneo de los bólidos 2014. Esto parece más necesario cuando, de resultar de un inconveniente en este sistema, el concursante que cruzó en segunda posición la meta del pasado GP de Australia, fue descalificado perdiendo así sus puntos para el Campeonato de Pilotos y de Constructores.

En esta F1 que mira al futuro, queramos o no, se tiene que enfocar obligatoriamente, el camino de la reducción del consumo de combustible. En un mundo donde el gasto de combustibles fósiles aumenta sin parar, y donde la contaminación y la sostenibilidad son palabras recurrentes en cada informativo o columna periodística, hay que buscar soluciones para invertir esta tendencia. Esto no es nada nuevo, lo vivimos ya hace años cuando tras la inclusión de unas nuevas reglas que imponían una reducción en la capacidad de los depósitos de los monoplazas, los equipos llegaron incluso a congelar la gasolina para que, disminuyendo el volumen, entrasen algunos kilos de más en esos receptáculos.

No es que la reducción del gasto en combustible o la reducción en contaminación que se provoque de estas medidas tomadas en la F1 tenga un peso significativo en valores absolutos, pero hay que reconocer que los esfuerzos que organismos y marcas están haciendo en este sentido encontrarán un camino de difusión y de vía de aceptación, por parte del público generalista, muy importante si, la llamada categoría máxima, llega a alcanzar valores de competitividad y velocidad similares, o incluso mayores, que en la época del dispendio a ultranza.

Los grandes fabricantes dirigen todos sus esfuerzos a diseñar sus coches buscando la eficiencia en el consumo para poder reducirlo en todas sus gamas. La apuesta por la tecnología híbrida es el mejor ejemplo, dejando de ser meros prototipos a una auténtica realidad. Es el futuro y la F1 no puede estar al margen de eso.

Así las cosas, la FIA entró de lleno en este asunto y decidió que los F1 fueran más ecológicos y para ello introdujo, por normativa, más potencia en los sistemas de recuperación de energía y, sobre todo, la reducción del consumo de combustible de dos maneras: limitando a 100 kg la gasolina que deben de usar por carrera y el caudal máximo que puede llegar al motor (100 kg/h). El primer factor de ahorro es fácil de controlar, con medir la gasolina que queda en el depósito tienen suficiente para saberlo pero conocer con exactitud el caudal es más complejo.

Una vez que ha concluido la carrera las críticas han arreciado contra el órgano rector. El límite de 100 Kg de combustible fue asumido por los equipos y no tiene sentido criticarlo, aunque no se comparta la necesidad de limitar el consumo puntual del motor a 100 kg/h, ni a ninguna otra cantidad. Queda claro que si alimentas al motor con un caudal alto durante un periodo demasiado largo te quedarás sin combustible al final. Parece que es así de simple pero, definitivamente, no lo es.

Tras este largo preámbulo, llega la pregunta que posiblemente se hagan muchos aficionados: ¿qué es un medidor de flujo o caudal?

Un caudalímetro es un instrumento para la medición del caudal o el volumen de un fluido (líquido o gas) que pasa a través de un tubo. Es un aparato muy común, todos tenéis al menos cuatro o cinco en casa. El más conocido es el famoso contador del agua o del gas aunque también los encontramos en muchos electrodomésticos. En los lavavajillas hay uno y tiene como función controlar la cantidad justa de agua que tiene que entrar en la zona de lavado en cada momento para que los platos queden bien limpios. Estos dispositivos suelen colocarse en línea con la tubería que transporta el fluido.

Existen muchos tipos dependiendo del mecanismo que se encarga de la medición. Los más simples son los visuales y los usados en los contadores de agua que tienen dentro un pequeño molino. Los más sofisticados usan métodos electrónicos, magnéticos, diferenciales de presión. La FIA decidió utilizar los medidores de flujo ultrasónicos por su precisión,  por no alterar el tránsito del flujo con su medición  y por la capacidad de resistencia en condiciones de trabajo extrema que pueden encontrar en un F1. Como sabemos, los F1 generan elevadas fuerzas G, altas temperaturas, fuertes vibraciones, etc. Vamos a conocer estos ingenios un poco más a fondo.


¿CÓMO FUNCIONA?

El funcionamiento es muy "sencillo". El dispositivo tiene forma de tubo al que le han colocado una entrada y una salida para que pueda circular la gasolina. En su interior hay colocados dos transductores que funcionan a la vez como transmisores y receptores ultrasónicos, es decir, pueden emitir y captar los pulsos de ultrasonidos.

Posiblemente sea la primera vez que hayamos oído la palabra transductor. Sin embargo, el artilugio es más habitual de lo que parece y sirven para transformar o convertir un determinado tipo de energía de entrada en otra diferente de salida. Con un ejemplo lo comprenderéis mejor. Un micrófono es un transductor electroacústico que convierte la energía acústica (vibraciones sonoras: oscilaciones en la presión del aire) en energía eléctrica (variaciones de voltaje). Así, nuestro medidor de flujo convierte los ultrasonidos en electricidad y viceversa.

¿Cómo hacen la medición? Bien, primero uno de los dos transductores manda una señal de ultrasonido al interior del tubo que rebota en la pared interna y es recibida por el otro. Esta señal de ultrasonidos es transformada en una señal eléctrica que es enviada a un módulo de control. Una vez que ha recibido la señal, el segundo hace la misma operación. Envía una señal al primero que actúa de la misma forma. Por tanto los medidores de flujo lo que hacen es transmitir y recibir alternativamente ráfagas de frecuencia de ultrasonidos cuando la gasolina está circulando.


¿Cómo se consigue saber a qué velocidad circula?  Se consigue calculando la diferencia de tiempo que emplea el pulso en llegar a cada destino. Igual que le sucede a una barca cuando baja el río empujada por la corriente, la señal de ultrasonidos aumenta su velocidad cuando viaja en la misma dirección del flujo del fluido y es más lenta cuando lo hace contra del flujo. Esa diferencia de tiempo es la que determina a qué velocidad circula la gasolina.

Os pondré el caso más simple que se puede dar. Imaginemos que no circula líquido por el medidor. Al estar en reposo el flujo, las dos señales tardarían el mismo tiempo en llegar a su destino. A medida que aumentemos la velocidad del flujo, mayor será la diferencia de tiempo entre las dos señales.

El medidor de flujo de combustible utilizado en la F1 utiliza una tecnología muy probada y puede detectar tasa de flujo de combustible hasta 8 litros por minuto. Su función es más compleja ya que no sólo es capaz de controlar las variaciones de velocidad del flujo sino también su dirección, la temperatura del combustible y el consumo acumulado.

Las ventajas de este sistema son muchas. Al no tener partes móviles en la trayectoria de flujo, como los medidores de turbina, se evita la posibilidad de que se origine un taponamiento. La medición se desarrolla independiente del tipo de flujo y/o sus parámetros, pero hay un dato que le hace ser insuperable, la precisión llega hasta 0.05% del rango del flujo medido, significativamente mejor que otros medidores, haciendo que sea el más usado tanto por las empresas distribuidoras de agua y sobre todo en la industria. La FIA ha sido menos exigente en este aspecto, marcando los límites en un +/- 0.5% algo normal conociendo el estrés que sufren estos aparatos montados en un F1.

Como veremos, la necesidad de utilizar estos aparatos es importante. La creencia general es que se utiliza sólo para medir el caudal pero tiene múltiples funciones. La FIA no puso ninguna limitación a la hora de fijar el volumen de los depósitos a los equipos. Cada cual lo podía hacer tan grande como quisiera, eso sí, la diferencia entre el combustible que hay en el coche desde que se pone el semáforo en verde hasta que cruce la bandera a cuadros tiene que ser como máximo de 100 kilos y la única manera de conocer ese consumo es con el caudalímetro, gracias a su capacidad de medir el consumo acumulado. Para evitar la posible picaresca de algún listo que pueda alterar el aparato y por tanto las medidas, el ordenador del coche muestrea el caudal de gasolina en cada instante y lo compara con  las revoluciones del motor y el retorno de combustible no inyectado al depósito (la bomba inyectora siempre genera más caudal que el que reciben los inyectores), evitando así posibles ilegalidades.

Sobre el límite de 100 kg/h,  podían existir dudas sobre la necesidad de dicha limitación. Con esta medida la FIA evitaba que los equipos diseñaran motores que fueran muy potentes cuando alcanzaran el máximo régimen de giro como la vigente ahora de 15.000 rpm. Estos motores  serían  muy eficaces en calificación cuando hay gasolina de sobra para gastar pero estarían capados en carrera debido a la limitación en el consumo, salvo en las contadas ocasiones que se vieran presionados por la competencia y dispondrían de esos picos de potencia para poder defenderse.

Como es normal, todos los motoristas han diseñado sus unidades de tal forma que dan su máxima potencia en torno a las 10.500 rpm, nivel de revoluciones que coincide cuando se suministra al motor el caudal tope de 100 Kg/h. Ojo, no es una medida fija, cada fabricante ha marcado su filosofía y sólo ellos la saben. Quiere decir esto que puede suceder que Mercedes alcance dicho tope de potencia a 11.000 rpm y Ferrari lo haga a 10.700 rpm.

Como hemos visto, los sensores de caudal de la FIA son utilizados para obtener datos de todos estos parámetros para ser utilizados como medida de control por parte de la federación. Este dato hay que tenerlo muy en cuenta ya que los equipos no pueden usar estas mediciones  para gestionar sus motores y tienen que utilizar sistemas propios para medir el caudal de combustible, de ahí la diferencia de criterios con Red Bull en Australia.


El equipo energético, con la ayuda de Renault configuraron para dicha carrera un mapa motor para su RB10 que no coincidía con las mediciones tomadas por la FIA. Al sobrepasar dicho caudal podían tener la capacidad de correr con más potencia que la de sus rivales. La FIA les avisó desde los libres del viernes pero no hicieron caso. No fueron los únicos, McLaren también fue advertidos y realizaron las modificaciones oportunas pero ellos no dieron su brazo a torcer. En este caso no habría que achacar la culpa al medidor de Ricciardo ya que el coche de Vettel también mostraba los mismos síntomas.

El caudalímetro del coche de Ricciardo fue cambiado para la segunda sesión libre del viernes pero la nueva unidad funcionaba peor pues, en esta sonda, ni Red Bull ni la FIA podían leer los valores. Visto lo visto, el delegado técnico de la FIA sugirió que se volviera a la sonda anterior y que se aplicara un factor corrector para corregir el error de lectura que esta tenía. Como existen otras tres formas de saber el consumo instantáneo, se trataba de hacer cuadrar las distintas medidas y así unificar las lecturas salvando el inconveniente de la sonda díscola.

Red Bull decidió hacer caso sus propios sistemas de lectura y no hizo caso a la sonda de la casa Gill fabricada bajo las especificaciones de la FIA. En añadidura, este organismo fue muy explicito en la escritura de la reglamentación según la cual, ella y sólo ella, sería el único órgano de control autorizado para estos casos. Durante la carrera, el técnico federal adscrito a la función de control comprobó que el consumo instantáneo era demasiado elevado en el coche de Ricciardo informando al equipo que debían reducir el caudal. El equipo eligió no hacer caso a estas indicaciones entrando, de hecho, en una infracción a la directiva técnica 016-14. En este punto la descalificación era prácticamente inevitable.

Lo que si queda muy claro es que la FIA es la única autoridad competente para medir dicho caudal de manera oficial. Es lógico que así sea y a sus comisarios no le tembló la mano a la hora de cumplirla.  Veremos cuál será el resultado de la apelación pero no creo que cambie en nada la situación, pero eso será otra historia.

Esperamos que toda la secuencia les haya quedado más clara ahora, al menos era nuestra intención al producir este artículo.

J.M Díaz
TheF1.com



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