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Respuesta: RELACION DE PESO CIGUEÑAL - VOLANTE DE MOTOR
Aporto mi pequeño comentario a ver si a alguno le sirve y se da alguna idea del efecto que tiene alivianar un volante en la aceleración del auto...
En primer lugar, la función básica del volante como ya dijeron es acumular energía entre los ciclos de combustión del motor... eso en la práctica me imagino que sirve para mantener un ralentí estable, evitar que el motor caiga mucho de rpm cuando uno hace un cambio, permitir que uno suelte el acelerador sin que el auto pierda mucha velocidad muy rápidamente o amortiguar el efecto que cambios externos en el camino pueden producir en la velocidad del motor y por ende del auto (léase pozos, cuestas, etc).
Hasta ahi todo muy bien, pero si quisiéramos pasar a valores estas diferencias como podríamos hacer.... bueno decir "que el volante acumula energía" es decir que acumula energía cinética... o energía rotacional. De la misma manera que esos viejos autitos de juguete a los que uno tenía que hacer girar las ruedas un par de veces contra el piso y después lo soltaba para que saliera disparado...
Cuando el motor genera fuerza... el auto avanza. Hasta ahi estamos todos de acuerdo. También lo estamos cuando decimos que no toda la fuerza que genera el motor se usa para hacer avanzar el auto... una parte se pierde como calor... otra se pierde para mover el alternador... para vencer las fuerzas de rozamiento entre los aros y los cilindros... etc, etc, etc... De hecho una parte de esa energía se usa para mover o vencer el momento de inercia de los elementos rotantes del motor... como el cigueñal, la caja, el volante, una parte de las bielas, etc. El momento de inercia es resumidamente la resistencia de cualquier objeto a cambiar de velocidad de rotación... es decir que si algo está girando y lo queremos frenar... cuanto mayor sea su momento de inercia mas difícil va a ser detenerlo.
Así... hacer acelerar un volante pesado es mucho más difícil que hacer acelerar uno liviano, de la misma manera que empujar una puerta pesada es mas dificil que empujar una liviana... y asimismo... un volante liviano tiende a perder velocidad mas rápido que uno pesado de la misma manera que si fueran puertas... por eso un motor con volante alivianado pierde mas rpm cuando se pasan los cambios que uno con el volante std.
Para pasar a los numeros hay que aclarar lo siguiente... la caja de cambios es un multiplicador de torque... multiplica la fuerza que hace el motor y la transmite a las ruedas... claramente en 1ra multiplica la fuerza del motor más que en 2da o en 3era y así sucesivamente. Los factores de multiplicación son las archiconocidas relaciones de caja y la relación de diferencial... esto significa que si a 6000rpm un motor genera X torque... a las ruedas le llegan ese torque X multiplicado por la relación de diferencial y a su vez multiplicado por la relación de caja de ese cambio... por ejemplo si a 6000rpm tengo 100Nm en mi vehiculo pistero... con una primera típica 3:1 y una relación de piñon y corona de por decir algo 4:1... al centro de la rueda no le llegan 100Nm sino que le llegan 100*4*3, es decir 1200Nm. Si queremos saber cuanto torque le llega al borde de la cubierta hay que dividir por el último factor de multiplicación (o desmultiplicación en este caso) que es el radio de la rueda.
Ahora si consideramos que la aceleración viene dada por la división entre Fuerza y Masa.... decir que multiplicamos la fuerza del motor sería análogo a decir que bajamos el peso del auto... ya que el resultado final sería el mismo.... el auto aceleraría más.
En conclusión y muy resumidamente... alivianar el volante tiene un equivalente X de reducción del peso del auto.... es decir que si bajamos tanto peso al volante, el motor va a acelerar el auto de la misma manera que si le hubiéramos sacado Y peso al auto. Esto es bte aproximado ya que en realidad no sirve con bajar el peso del volante sino lo que realmente queremos es bajar su momento de inercia... que crece con el cuadrado de la distancia o ubicación de la masa del mismo... es decir que sacarle peso al volante del centro del mismo no tiene efecto alguno mientras que sacarle de los "extremos" o de su máxima circunferencia tiene muchísimo efecto.
Y por último, como podemos calcular cual es el equivalente en peso del vehículo a sacarle X masa al volante... bueno eso se puede calcular con los siguientes datos:
-Relación de caja y diferencial
-Diámetro de la rueda y cubierta
-Diámetro del volante
-Peso del volante std y del modificado
Siendo...
V= velocidad del auto o velocidad de la cubierta en el punto de contacto contra el piso
M= la masa desconocida que equivale al sacarle peso al volante
I= momento de inercia del volante
Entonces imaginamos 2 autos iguales, uno (A) con M peso agregado al chasis y otro (B) de peso STD pero con el volante con X peso extra... que para fines simplificativos lo vamos a considerar exactamente en el diámetro exterior del mismo. Ahora planteamos las ecuaciones de energía cinética "extra" o agregada para ambos casos que evidentemente van a dar el mismo valor... ya que esa era la consigna ppal. (Sería lo mismo considerar que se saca una masa M de A y se saca una masa X del volante de B)
Haciendo un poco de cuentas llegamos básicamente a que...
Masa equivalente = Masa sacada al volante + 1/2 * Masa sacada al volante * (Rel de Cambio * Rel Diferencial * DiamVolante / DiamRueda)^2
Esto significa que el "peso virtual" que pierde un auto con volante alivianado no es igual en 1ra que en 2da... de hecho en 5ta es casi despreciable...
Completando con datos que tengo... para un motor de 205GTI 1.9...
Peso del volante STD = 7kg
Peso de un volante alivianado = 3.5kg (acá ante de que alguien salte a poner el grito en el cielo... es cierto que el volante no es un disco perfecto y que no se saca el material solo de la circunferencia... una mini simplificación)
Diametro = 290mm o 0.29m
Diametro de rueda 195/50/15 = 576mm o 0.576m
Relación de diferencial = 3.69:1
Relaciones de caja = 2.923:1 / 1.85:1 / 1.36:1 / 1.069:1 / 0.865:1
Haciendo las cuentas vemos que
En 1ra los 3.5kg menos en el volante equivalen a una M = 55kg
En 2da M = 24
En 3ra M = 15
En 4ta M = 10
En 5ta M = 8
Considerando que es un auto que pesa 880kg... mas conductor (seamos generosos con nuestras panzas.... digamos 80kg) 960kg.... alivianar en volante representa en primera un "ahorro" de 55kg, lo que equivale a casi un 6%... que si tenemos en cuenta que la aceleración y el peso del auto son inversamente proporcionales... bueno... no es para nada poco.
Bueno espero que les sirva... hacía un tiempo que quería hacer estas cuentitas y aproveché ahora que leí el post. Chequee que todo estuviera bien así no tiraba cualquier fruta y me pareció que sí…
Estaría bueno ver en otros motores que pasa probando con otros valores…
Saludos....
Aporto mi pequeño comentario a ver si a alguno le sirve y se da alguna idea del efecto que tiene alivianar un volante en la aceleración del auto...
En primer lugar, la función básica del volante como ya dijeron es acumular energía entre los ciclos de combustión del motor... eso en la práctica me imagino que sirve para mantener un ralentí estable, evitar que el motor caiga mucho de rpm cuando uno hace un cambio, permitir que uno suelte el acelerador sin que el auto pierda mucha velocidad muy rápidamente o amortiguar el efecto que cambios externos en el camino pueden producir en la velocidad del motor y por ende del auto (léase pozos, cuestas, etc).
Hasta ahi todo muy bien, pero si quisiéramos pasar a valores estas diferencias como podríamos hacer.... bueno decir "que el volante acumula energía" es decir que acumula energía cinética... o energía rotacional. De la misma manera que esos viejos autitos de juguete a los que uno tenía que hacer girar las ruedas un par de veces contra el piso y después lo soltaba para que saliera disparado...
Cuando el motor genera fuerza... el auto avanza. Hasta ahi estamos todos de acuerdo. También lo estamos cuando decimos que no toda la fuerza que genera el motor se usa para hacer avanzar el auto... una parte se pierde como calor... otra se pierde para mover el alternador... para vencer las fuerzas de rozamiento entre los aros y los cilindros... etc, etc, etc... De hecho una parte de esa energía se usa para mover o vencer el momento de inercia de los elementos rotantes del motor... como el cigueñal, la caja, el volante, una parte de las bielas, etc. El momento de inercia es resumidamente la resistencia de cualquier objeto a cambiar de velocidad de rotación... es decir que si algo está girando y lo queremos frenar... cuanto mayor sea su momento de inercia mas difícil va a ser detenerlo.
Así... hacer acelerar un volante pesado es mucho más difícil que hacer acelerar uno liviano, de la misma manera que empujar una puerta pesada es mas dificil que empujar una liviana... y asimismo... un volante liviano tiende a perder velocidad mas rápido que uno pesado de la misma manera que si fueran puertas... por eso un motor con volante alivianado pierde mas rpm cuando se pasan los cambios que uno con el volante std.
Para pasar a los numeros hay que aclarar lo siguiente... la caja de cambios es un multiplicador de torque... multiplica la fuerza que hace el motor y la transmite a las ruedas... claramente en 1ra multiplica la fuerza del motor más que en 2da o en 3era y así sucesivamente. Los factores de multiplicación son las archiconocidas relaciones de caja y la relación de diferencial... esto significa que si a 6000rpm un motor genera X torque... a las ruedas le llegan ese torque X multiplicado por la relación de diferencial y a su vez multiplicado por la relación de caja de ese cambio... por ejemplo si a 6000rpm tengo 100Nm en mi vehiculo pistero... con una primera típica 3:1 y una relación de piñon y corona de por decir algo 4:1... al centro de la rueda no le llegan 100Nm sino que le llegan 100*4*3, es decir 1200Nm. Si queremos saber cuanto torque le llega al borde de la cubierta hay que dividir por el último factor de multiplicación (o desmultiplicación en este caso) que es el radio de la rueda.
Ahora si consideramos que la aceleración viene dada por la división entre Fuerza y Masa.... decir que multiplicamos la fuerza del motor sería análogo a decir que bajamos el peso del auto... ya que el resultado final sería el mismo.... el auto aceleraría más.
En conclusión y muy resumidamente... alivianar el volante tiene un equivalente X de reducción del peso del auto.... es decir que si bajamos tanto peso al volante, el motor va a acelerar el auto de la misma manera que si le hubiéramos sacado Y peso al auto. Esto es bte aproximado ya que en realidad no sirve con bajar el peso del volante sino lo que realmente queremos es bajar su momento de inercia... que crece con el cuadrado de la distancia o ubicación de la masa del mismo... es decir que sacarle peso al volante del centro del mismo no tiene efecto alguno mientras que sacarle de los "extremos" o de su máxima circunferencia tiene muchísimo efecto.
Y por último, como podemos calcular cual es el equivalente en peso del vehículo a sacarle X masa al volante... bueno eso se puede calcular con los siguientes datos:
-Relación de caja y diferencial
-Diámetro de la rueda y cubierta
-Diámetro del volante
-Peso del volante std y del modificado
Siendo...
V= velocidad del auto o velocidad de la cubierta en el punto de contacto contra el piso
M= la masa desconocida que equivale al sacarle peso al volante
I= momento de inercia del volante
Entonces imaginamos 2 autos iguales, uno (A) con M peso agregado al chasis y otro (B) de peso STD pero con el volante con X peso extra... que para fines simplificativos lo vamos a considerar exactamente en el diámetro exterior del mismo. Ahora planteamos las ecuaciones de energía cinética "extra" o agregada para ambos casos que evidentemente van a dar el mismo valor... ya que esa era la consigna ppal. (Sería lo mismo considerar que se saca una masa M de A y se saca una masa X del volante de B)
Haciendo un poco de cuentas llegamos básicamente a que...
Masa equivalente = Masa sacada al volante + 1/2 * Masa sacada al volante * (Rel de Cambio * Rel Diferencial * DiamVolante / DiamRueda)^2
Esto significa que el "peso virtual" que pierde un auto con volante alivianado no es igual en 1ra que en 2da... de hecho en 5ta es casi despreciable...
Completando con datos que tengo... para un motor de 205GTI 1.9...
Peso del volante STD = 7kg
Peso de un volante alivianado = 3.5kg (acá ante de que alguien salte a poner el grito en el cielo... es cierto que el volante no es un disco perfecto y que no se saca el material solo de la circunferencia... una mini simplificación)
Diametro = 290mm o 0.29m
Diametro de rueda 195/50/15 = 576mm o 0.576m
Relación de diferencial = 3.69:1
Relaciones de caja = 2.923:1 / 1.85:1 / 1.36:1 / 1.069:1 / 0.865:1
Haciendo las cuentas vemos que
En 1ra los 3.5kg menos en el volante equivalen a una M = 55kg
En 2da M = 24
En 3ra M = 15
En 4ta M = 10
En 5ta M = 8
Considerando que es un auto que pesa 880kg... mas conductor (seamos generosos con nuestras panzas.... digamos 80kg) 960kg.... alivianar en volante representa en primera un "ahorro" de 55kg, lo que equivale a casi un 6%... que si tenemos en cuenta que la aceleración y el peso del auto son inversamente proporcionales... bueno... no es para nada poco.
Bueno espero que les sirva... hacía un tiempo que quería hacer estas cuentitas y aproveché ahora que leí el post. Chequee que todo estuviera bien así no tiraba cualquier fruta y me pareció que sí…
Estaría bueno ver en otros motores que pasa probando con otros valores…
Saludos....
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