¿Necesitas un amortiguador de vibraciones o un buen equilibrado del motor te permite usar una polea sólida más económica?
Si has construido o reconstruido un motor de alto rendimiento, es probable que alguien te haya sugerido cambiar el amortiguador armónico de fábrica por una polea sólida y ligera. Es más económico, reduce la masa rotacional y, en teoría, parece una buena opción. Sin embargo, según JC Beattie Jr. de ATI Performance Products , es una de las maneras más comunes en que los mecánicos, sin saberlo, preparan su motor para una avería costosa.
En este artículo: ¿Qué es un amortiguador armónico? | ¿Qué es la vibración torsional? | ¿Qué sucede sin un amortiguador? | ¿ Es suficiente el amortiguador de fábrica? | ¿ Cómo funciona un amortiguador armónico? | ¿Un motor equilibrado aún necesita un amortiguador? | Certificación SFI y seguridad | Facilidad de mantenimiento
"EN NUESTRA OPINIÓN, PARA CUALQUIER PERSONA QUE REALICE UNA PREPARACIÓN DE MOTOR SERIA, EL COSTE DEL SERVICIO DE UN AMORTIGUADOR ES INSIGNIFICANTE EN COMPARACIÓN CON EL COSTE DE LOS DAÑOS AL MOTOR".
¿Qué es un amortiguador armónico?
Un amortiguador armónico, también llamado equilibrador armónico o amortiguador del cigüeñal, es un dispositivo instalado en la parte delantera del cigüeñal. Su función es absorber y disipar la vibración torsional que se genera en el cigüeñal durante el funcionamiento del motor. Es similar a un amortiguador: al igual que un amortiguador controla el rebote de un muelle, un amortiguador armónico controla el rebote del cigüeñal cuando este se retuerce y tiende a desenrollarse bajo carga.
EN NUESTRA OPINIÓN, PARA CUALQUIER PERSONA QUE REALICE UNA PREPARACIÓN DE MOTOR SERIA, EL COSTE DEL SERVICIO DE UN AMORTIGUADOR ES INSIGNIFICANTE EN COMPARACIÓN CON EL COSTE DE LOS DAÑOS AL MOTOR.
¿Qué es la vibración torsional y por qué es importante?
La vibración torsional es una torsión angular cíclica del cigüeñal alrededor de su eje. Cada combustión empuja el pistón y la biela contra un muñón de cigüeñal desplazado, aplicando un par al cigüeñal. Estos pulsos repetidos hacen girar y liberar el cigüeñal a lo largo del orden de encendido.
Una forma útil de entender esto es imaginar un sistema de suspensión. Un amortiguador controla las oscilaciones de un resorte. Sin él, un solo bache hace que el coche rebote repetidamente porque nada absorbe la energía. Lo mismo ocurre en un cigüeñal sin un amortiguador armónico: la energía torsional se acumula y rebota sin que nada la disipe. La situación se agrava si el motor funciona a unas revoluciones por minuto (RPM) que coinciden con una frecuencia de resonancia. En ese punto, cada pulso de encendido se suma al anterior en lugar de cancelarlo, y la amplitud de las oscilaciones aumenta rápidamente. Cuanto más tiempo funcione el motor a esas RPM, mayor será el daño.
"UNA TORSIÓN ES UNA TORSIÓN SIN DOBLADURA" - JC BEATTIE JR.
Un ejemplo práctico: un automóvil que circula en quinta marcha a velocidad de autopista puede mantenerse a 3000 RPM durante periodos prolongados. Si una frecuencia de resonancia coincide con ese punto del rango de revoluciones, el motor tiene tiempo suficiente para sufrir daños graves, a menudo sin señales de advertencia externas hasta que algo falla.
Para obtener más información sobre la torsión en la preparación de un vehículo de competición de alta potencia, consulte esta entrevista con Bullet Race Engineering.
¿Qué ocurre si no se utiliza un amortiguador armónico?
Aquí es donde la comparación entre un amortiguador armónico y una polea sólida se vuelve crucial. Una polea sólida y ligera reduce la masa rotacional y puede hacer que la respuesta del acelerador se sienta más precisa, pero no amortigua las vibraciones torsionales. Un amortiguador funciona gracias a su peso inercial: sin masa, no hay nada que absorba y contrarreste la torsión del cigüeñal. El motor puede funcionar bien durante mucho tiempo, y es poco probable que sientas la vibración torsional directamente en el coche. Las fallas que provoca suelen aparecer sin previo aviso.
La progresión típica de fallas puede verse así:
- Fallo del engranaje de la bomba de aceite, normalmente el primer signo y a menudo catastrófico
- Fallo de la cadena de distribución, que puede provocar daños en la parte superior del motor.
- Aflojamiento de los sujetadores en los pernos del volante o placa flexible y en los pernos de montaje del alternador.
- Fallos en los accesorios, con alternadores y otros componentes accionados que fallan prematuramente.
- Fallo del cojinete del cigüeñal, una consecuencia tardía de daños por torsión sostenidos.
Como se explicó en el seminario web 242 | Amortiguadores armónicos: ¿Necesita uno?, este tipo de fallo tiene una realidad. Un motor turbo Honda B18C, con una polea delantera de aleación sólida en lugar del amortiguador de fábrica, sufrió un fallo en el engranaje de la bomba de aceite durante una prueba en el dinamómetro. Los engranajes fallaron con la fuerza suficiente para agrietar la tapa delantera, la presión del aceite cayó instantáneamente y el motor estuvo a punto de quedar completamente destruido. La bomba de aceite de ese motor se acciona directamente desde el extremo del cigüeñal, lo que significa que cada armónico transmitido al cigüeñal llega directamente a los engranajes. Instalar engranajes de repuesto más resistentes, como hacen muchos preparadores, trata el síntoma en lugar de la causa.
Un ejemplo bien conocido a mayor escala es el motor Ford Coyote, que se ganó la reputación de romper los engranajes de la bomba de aceite en aplicaciones con modificaciones extremas. La causa principal era la misma: el amortiguador de fábrica fue diseñado para los niveles de potencia y los patrones de conducción estándar, y una vez que se superaron esos límites, dejó de ser adecuado.
Cabe destacar que algunos motores de competición diseñados específicamente para este fin carecen deliberadamente de un amortiguador armónico, pero esto siempre conlleva consecuencias. El RPE V8, un motor de competición a medida construido sobre culatas y cilindros de Suzuki Hayabusa, es un ejemplo de ello. Según James, de Radical Performance Engines, la omisión del amortiguador reduce directamente la vida útil de todos los componentes del motor, y el diseño del cigüeñal debe compensarlo asegurando que las frecuencias de resonancia perjudiciales se encuentren fuera del rango de funcionamiento normal del motor. Este nivel de mitigación de ingeniería no está al alcance de quien simplemente sustituye un amortiguador de fábrica por una polea sólida.
¿El amortiguador armónico de fábrica es lo suficientemente bueno?
Aunque no estés construyendo un motor de alta potencia, el estado de tu amortiguador de fábrica es importante. Como se explica en el seminario web 242 | Amortiguadores armónicos: ¿Necesitas uno?, muchos amortiguadores OEM comunes utilizan una construcción con elastómero adherido, que incluye un cubo interior, un anillo de inercia exterior o una sección de polea, y un elemento de goma entre ellos. Esa goma, como cualquier buje de suspensión, se deteriora con el tiempo y los ciclos de calor. Puede agrietarse, endurecerse y, finalmente, desprenderse por completo.
Cuando la goma se despega, el anillo exterior puede girar con respecto al cubo interior. Esto tiene dos consecuencias. Primero, en motores donde el anillo exterior se separa por completo, se convierte en un proyectil, razón por la cual muchas categorías de carreras prohíben los amortiguadores de fábrica y exigen una unidad con certificación SFI. Segundo, y más insidioso, la marca de sincronización en el anillo exterior deja de estar alineada con el cigüeñal. Como señala Fluidampr, el movimiento del anillo de inercia es el signo más evidente de un problema con un amortiguador de serie, y si no se corrige, existe una posibilidad real de que el anillo se separe por completo. Ajustar el avance de encendido básico a partir de una marca que ha girado incluso unos pocos grados dará una lectura errónea, lo que provocará problemas de ajuste que pueden ser difíciles y laboriosos de diagnosticar.
Cualquier modificación del motor que altere la masa giratoria o recíproca implica que el amortiguador de serie ya no está correctamente ajustado para esa aplicación. Para un motor de serie que se reconstruye para recuperar su potencia original y cuyo amortiguador se encuentra en buen estado, una unidad de repuesto de fábrica puede ser suficiente. Sin embargo, para cualquier motor que se someta a un esfuerzo superior a la potencia o las revoluciones de serie, o para cualquier motor destinado a su uso en circuito, un amortiguador de posventa es la opción más fiable.
¿Cómo funciona realmente un amortiguador de armónicos?
La mayoría de los amortiguadores armónicos de alta calidad del mercado de repuestos utilizan uno de dos enfoques. La gama Super Damper de ATI emplea un diseño basado en elastómero: un anillo de inercia se ubica dentro de la carcasa del amortiguador, conectado al cubo mediante juntas tóricas de goma en lugar de estar fijado rígidamente. Cuando el cigüeñal gira, el anillo de inercia se mueve ligeramente con respecto al cubo, absorbiendo y disipando esa energía a través de la goma. La goma actúa simultáneamente como un resorte sintonizado y un medio de amortiguación.
Las especificaciones publicadas por ATI para el kit de elastómeros confirman que las juntas tóricas tienen durezas que van de 40 a 90 en la escala Shore A, disponibles en configuraciones de 2, 3 y 4 juntas. Las durezas más suaves ofrecen mayor flexibilidad y son adecuadas para aplicaciones de baja carga o bajas RPM, mientras que las durezas más duras se utilizan en escenarios de mayor carga. Dado que el diseño del elastómero está optimizado para un rango de frecuencia específico, ATI selecciona la especificación adecuada en función de factores como la rigidez del cigüeñal, la rigidez del bloque, el peso del balancín, el rango de RPM y el nivel de potencia.
Otra opción muy utilizada es un amortiguador viscoso como Fluidampr , que emplea un anillo de inercia interno suspendido en fluido de silicona dentro de una carcasa sellada. El fluido de silicona absorbe la energía torsional en un rango de frecuencias más amplio sin necesidad de ajustarlo a una aplicación específica, y Fluidampr confirma que el fluido proporciona una amortiguación uniforme en un amplio rango de temperaturas de funcionamiento.
Existen otros estilos de construcción y marcas como PowerBond , Innovators West y Romac, además de algunas que han caído en el olvido, como TCI Rattler y BHJ Dynamics.
Como se explicó en el seminario web exclusivo para miembros de HPA n.° 242 | Amortiguadores armónicos: ¿Necesita uno?, ambos diseños se han utilizado con éxito en sistemas de alta potencia. La diferencia práctica radica en que un amortiguador de elastómero se adapta a una aplicación específica , mientras que un amortiguador de fluido de silicona cubre un rango más amplio de armónicos probables sin necesidad de ajustes específicos para cada aplicación.
También cabe destacar que los amortiguadores de elastómero se pueden ajustar para diferentes rangos de RPM . Un motor de calle pasa la mayor parte de su vida útil en el rango medio, mientras que un motor de competición opera predominantemente a altas RPM. Adaptar el ajuste del amortiguador al rango de revoluciones en el que el motor pasa la mayor parte del tiempo es una de las razones por las que ATI selecciona elastómeros con dureza específica para cada aplicación, en lugar de ofrecer una especificación universal. Es importante tener esto en cuenta antes de realizar un pedido.
¿Un motor de equilibrado interno sigue necesitando un amortiguador de vibraciones armónicas?
Sí, y esta es una de las ideas erróneas más comunes en la construcción de motores de alto rendimiento. El equilibrado de conjuntos giratorios, incluido el equilibrado dinámico, corrige el desequilibrio de masas. No elimina la vibración torsional causada por las pulsaciones de combustión que hacen girar el cigüeñal. Son dos problemas distintos, y ambos deben abordarse para lograr un motor fiable.
En los motores con equilibrado externo, el amortiguador o la placa flexible pueden formar parte del conjunto de equilibrado. En estos motores, el cubo interior o el contrapeso del amortiguador contribuye al equilibrio del conjunto giratorio, por lo que es fundamental utilizar la pieza de repuesto correcta y seguir la estrategia de equilibrado adecuada. Cabe destacar (gracias a Steve Dinan y otros) que un volante bimasa, un volante pesado o un conjunto giratorio bien equilibrado no deben considerarse como un sustituto del amortiguador del cigüeñal. Si bien estos pueden influir en las vibraciones y la aspereza de la transmisión, no cumplen la misma función que un amortiguador armónico montado en la parte delantera del cigüeñal.
También cabe destacar que los amortiguadores de posventa no deben instalarse en el cigüeñal durante el proceso de equilibrado. ATI especifica que los amortiguadores Super Dampers de equilibrio cero no deben perforarse ni colocarse en el cigüeñal para el equilibrado, ya que el peso de inercia no está adherido y el amortiguador debe instalarse en el montaje final del motor. Fluidampr también desaconseja el equilibrado con su amortiguador instalado: una máquina de equilibrado no genera vibración torsional en el cigüeñal, por lo que no se generan las fuerzas de cizallamiento necesarias para centrar el anillo de inercia interno, lo que provocará una ligera lectura de desequilibrio. Para aplicaciones de equilibrado externo que utilizan un Fluidampr de dos piezas, el contrapeso se retira del amortiguador y se incluye por separado durante el equilibrado.
Certificación SFI: Por qué es importante para el automovilismo.
Muchos organismos reguladores del automovilismo exigen amortiguadores armónicos con certificación SFI. La razón es sencilla: el anillo exterior de un amortiguador de fábrica puede desprenderse a altas revoluciones y convertirse en un proyectil. La norma SFI 18.1 exige que el amortiguador supere una prueba de integridad rotacional entre 12 500 y 13 500 RPM durante una hora, sin que ninguna pieza se afloje ni se desprenda. La especificación también incluye requisitos de materiales y documentación, y el fabricante certifica su cumplimiento bajo el programa SFI.
"La norma SFI 18.1 exige que el amortiguador supere una prueba de integridad rotacional entre 12.500 y 13.500 RPM durante una hora, sin que ninguna pieza se afloje o se separe."
El anillo de inercia del diseño de ATI está completamente encapsulado dentro del amortiguador, en lugar de estar sujeto por un anillo de retención. Esto significa que la unidad debe sufrir una falla realmente catastrófica para que el anillo se separe. Fluidampr también ofrece amortiguadores con certificación SFI 18.1, pero es necesario confirmar el número de pieza específico antes de la compra. Para cualquier nivel de competición, confirmar que el amortiguador cumple con el requisito SFI 18.1 antes de la inspección técnica es sencillo. Competir sin él no lo es.
¿Se pueden reparar los amortiguadores armónicos?
En este aspecto, los amortiguadores de repuesto de alta calidad ofrecen una clara ventaja sobre los de fábrica. Los Super Dampers de ATI están diseñados para ser completamente reparables: la carcasa exterior, las juntas tóricas de elastómero, los tornillos y la etiqueta SFI se pueden reemplazar individualmente. Si una roca daña la carcasa exterior, solo es necesario reemplazar ese componente.
ATI publica intervalos de servicio recomendados en función de la aplicación y el nivel de potencia:
- Uso en calle y drag hasta 800 HP: 10 años
- Uso en carreras de aceleración Pro/fuel: anual, varía según el uso.
- Circuito oval y resistencia: reconstrucción de cada motor
- Amortiguadores de 5,5" según el nivel de potencia: hasta 400 HP cada 5 años, 400-600 HP cada 2-3 años, 600 HP y superiores anualmente
Fluidampr adopta un enfoque diferente: el fluido de silicona está sellado de por vida y Fluidampr garantiza su durabilidad indefinida, siempre que el amortiguador no haya sufrido daños físicos ni se haya instalado incorrectamente. No hay elastómeros que reemplazar. Lo principal que se debe revisar en un Fluidampr usado es la superficie de sellado, que debe estar libre de corrosión o picaduras antes de la instalación.
¿Necesitas un amortiguador armónico?
Teniendo en cuenta toda la información anterior, creemos que la respuesta es sencilla.
En nuestra opinión, sí . Para cualquiera que realice una preparación de motor de alto rendimiento con modificaciones importantes, el costo del mantenimiento del amortiguador es insignificante comparado con el costo de los daños al motor.
