Por Timoteo Briet Blanes – Turbulencia Research Engineering

En cualquier diseño de un coche de competición, los métodos teóricos de cálculo, tanto estructurales como termodinámicos, son excepcionalmente importantes, por todo lo que estamos viendo en esta serie de artículos. De todas formas, existe el ensayo real, que define con toda exactitud y “realismo”, la eficiencia de aquello que se ha diseñado u optimizado; para corroborar la teoría y el modelo numérico, necesitamos conocer las prestaciones del coche; para ello utilizamos la telemetría, radiotelemetría o adquisición de datos en general. Recordar que el proceso de estos datos, es el que conlleva la obtención de resultados y conclusiones; esto, lo veremos en otros artículos.

Introducción:

La aerodinámica, sin la comprobación empírica de lo diseñado, no es nada; bajo este punto de vista cierto, es necesario realizar ensayos y pruebas, tanto en carrera como en tests privados, para evaluar la eficiencia o no de aquello que se ha diseñado.

Como todo diseñador podrá comprobar, los problemas con los que se enfrentará, no sólo vienen del hecho del propio diseño, sino también de los equipos que encargan los trabajos; el problema fundamental con el que se enfrenta todo diseñador, es que a la hora de medir la eficiencia de aquello que ha creado, necesita evaluarlo a través de datos adquiridos en pruebas y ensayos, pero la mayoría de equipos o no quieren que le “meta mano” en los sistemas de adquisición y sensores que ya poseen, o simplemente, el coche no dispone de los sensores o de la ubicación que el diseñador necesita. Por tanto, se hace necesario el diseño, fabricación e instalación a medida.

Evidentemente la telemetría a medida, es algo extremadamente caro y dificultosa de conseguir; de ahí otra de las razones por las cuales nos decidimos a diseñarnos nuestra telemetría particular.

Partiendo del hecho de no interferir los sistemas electrónicos que el coche ya posee, nos inclinamos a que la caja de conexiones y adquisición, fuera independiente de cualquier otra ya existente; además, colocamos sensores nuevos (aún en el caso de existir los mismos sensores) para de esta forma ser más independientes y estancos si cabe, y pro si fuera esto poco, hicimos que nuestro sistema, no se conectase ni tan siquiera a la batería del coche: posee una batería autónoma para varias horas de funcionamiento.

Otra de los inconvenientes que ponen los equipos para “dificultar” la tarea de un diseñador, es que cada vez que el coche para, el diseñador o ingeniero en cuestión, va con su ordenador portátil y su cable USB para conectarlo y recoger los datos; esta acción, interfiere en gran medida el trabajo no sólo de los mecánicos, sino de los otros ingenieros que están recogiendo los datos de “su” telemetría.

Por ello mismo, decidimos, y así lo hicimos, recoger los datos adquiridos, vía radio; mediante un botón situado en boxes, somos capaces de recoger “a distancia” los datos almacenados en la prueba, vía radio; esto se podría denominar, radio-telemetría. Como se puede comprobar, el hecho de diseñar, construir, instalar y realizar un software de adquisición y tratamiento de datos, a medida, implica una mayor funcionalidad y adaptación a cualquier problema que se requiera resolver. Las posibilidades son inmensas.

Sensores / Canales:

En nuestros caso, estábamos interesados en analizar el campo de presiones de determinados lugares del coche; para ello, y en el caso del análisis de un efecto suelo, necesitábamos conocer las presiones en diferentes puntos del suelo y del difusor; para ello, necesitábamos sensores de presión.
Optamos por sensores de presión diferencial, ya que esto, nos permitía colocar menos sensores, midiendo más puntos, puesto que calculábamos la diferencia de presiones entre 2 puntos cualesquiera. Si además, colocábamos adecuadamente válvulas electrónicas, podíamos con un mismo sensor, medir diferencias de presiones entre varios puntos:

Por otro lado, necesitábamos conocer las presiones, en función de la velocidad y las rpm, con lo que tuvimos que colocar sensores de velocidad y de rpm “extras”, por las razones que ya hemos dicho anteriormente. El número de sensores o canales (8) simplemente lo elegimos por razones de economía, suficiencia y eficiencia.

Características:

 

  • Número de canales de entrada:
    • -6 canales analógicos configurables (resolución convertidor A/D 10 bits). Ajuste de fábrica: Notar que son canales totalmente configurables.
      – 2 canales digitales configurables.
      1 Velocidad. 1 RPM. Notar que son canales totalmente configurables (si no se desea Velocidad o RPM, se pueden conectar diversos tipos de sensores).
  • Sensores incluidos.
    • 4 sensores de presión con salida analógica. Rango de presión de medida de 0 a 1000 mbares. Precisión max. +-1mbar.
      2 sensores de temperatura con salida analógica. Rango de temperatura de –40 a +80 ºC. Precisión max. +-0.5ºC.
  • Velocidad de muestreo:
    Configurable. Frecuencia de muestreo máxima 100 Hz (10 ms por muestra, que corresponde a 100 muestras por segundo por canal).
  • Memoria de datos: 20 Mbits. Tipo Flash. (memoria no volátil). Ampliable a lo que se quiera.
  • Tiempo mínimo de almacenamiento de datos:
    Viene dado por la cantidad de canales utilizados y por la frecuencia de muestreo utilizada.
  • Mínimo 9 minutos, para todos los canales a la máxima frecuencia de muestreo (100 Hz).
  • Hasta 400 minutos a una frecuencia de 10 muestras por segundo. Dependiendo de la memoria.
  • Interface PC.
    Los datos almacenados en la memoria del sistema de adquisición pueden ser transmitidos a un PC de dos formas:
    – Mediante una conexión del tipo USB. Este es el formato estándar, que incorpora de serie el sistema. Se incluye cable USB.
    – Mediante una conexión Radio-Modem inhalámbrica. Se requiere añadir un circuito receptor conectado al ordenador y un emisor conectado al sistema de adquisición. El alcance máximo de la conexión inalámbrica es de 20 metros, variando según los obstáculos del entorno.
    Los datos, pueden ser transmitidos por texto estándar separado por comas (*.csv). Este tipo de formato es compatible con cualquier software de análisis de datos, ya sea hojas de calculo (tipo Excel), paquetes de análisis estadístico (StatGraphics), etc…
    Se suministra un programa para la configuración del sistema y la descarga de los datos almacenados en memoria. Compatible con Windows 98, 2000 y XP. Software de extraordinaria adaptabilidad y a medida del cliente; amplia posibilidad de tratamiento de los datos; buena visualización y buenas prestaciones.
  • Alimentación del sistema de adquisición.
    Para funcionamiento en contínuo, se suministra una fuente de alimentación de 220Vac a 9V dc. Funciona también a 12 V (batería, por ejemplo); de todas formas, tiene una amplia gama de voltajes de funcionamiento.
    En el caso de ensayos cortos probando diferentes ajustes, el sistema puede ser alimentado desde una pila de 9V. Se suministra el adaptador para la conexión de la misma. La autonomía del sistema alimentado desde una pila se estima en 120 minutos aprox.
    Toda esta adquisición era tratada posteriormente, a través de un software también diseñado por nosotros mismos, que además se encargaba de recoger los datos desde el coche hasta el ordenador.

Aplicaciones:

Existen, como se puede entender innumerables aplicaciones; notar lo siguiente:
Este sistema, en principio, lo diseñamos para calcular campos de presión (básicamente enfocado a investigación y diseño); de todas formas, tenemos 8 canales TOTALMENTE CONFIGURABLES A NUESTRO ARBITRIO, pudiendo colocar todo tipo de sensores y medidas que necesitemos.
Algunas de las aplicaciones que hemos realizado son (las veremos con detenimiento en posteriores artículos):

Efecto suelo:

Air-Box de coche:

Air-Box de motos del Mundial:

Difusor:

Instalación / Ejemplos:

Veamos la instalación en una moto de 125 cc del Mundial:

En este caso, y debido a las vibraciones “diferentes” que posee una moto y un coche, tuvimos, y así lo hicimos, que rediseñar todo el sistema, para hacerlo más compacto, pequeño y resistente; en coches, no tuvimos este problema, ni de espacio, ni de resistencia.

Conclusiones:

Con este artículo, querríamos reseñar la importancia que tiene la telemetría o la adquisición de datos; la telemetría a medida, no es algo que uno pueda ir al supermercado de la esquina y comprar 3 ó 4 sistemas diferentes; es algo muy costoso, complicado y difícil de conseguir.
Hemos intentado dar una nueva visión, recalcando el hecho de que no es necesario acudir a las grandes marcas de telemetría ya conocidas mundialmente (con lo extremadamente caras que son claro), sino que para determinadas aplicaciones, tales como ensayos y tests particulares y privados, es suficiente con tener algo de idea y ganas de hacer cosas; las ventajas de hacer “algo” a medida de tus necesidades, es algo que no se paga con dinero y que posse muchas ventajas, y prácticamente ningún inconveniente.

Reseña sobre el autor: Timoteo Briet Blanes, Licenciado en Matemáticas y Doctor Ingeniero Industrial; Profesor Universitario de Mecánica de Fluidos y Aerodinámica; Especialidad en Simulación CFD y Aerodinámica; Gerente de “Turbulencia Engineering”; ha trabajado con diversos Equipos de Competición: Campeonato del Mundo de Motos de 125 y 250 cc, Fórmula 3, Fórmula GT, Renault Mégane Trophy, Diseño de Camiones y Autocares, Diseño de Cascos de Veleros para la Copa América de vela, Elementos Aerodinámicos de Automóviles, Cascos de Competición, Diseño de Aeronaves, Energías Eólica, Térmica y Mareomotriz, Aerodinámica Industrial, Diseño, Fabricación, Instalación y Puesta en Marcha de Túneles de Viento, etc. Posee diversas Patentes relativas al mundo de la Aerodinámica, así como numerosas Investigaciones al respecto.

Extraido de TheF1.com y publicado con el permiso del Doctor Timoteo Briet Blanes de  Turbulencia Research Engineering