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FRANCISCO SALAZAR GONZÁLEZ ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE SUS COMPONENTES ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE SUS COMPONENTES Francisco Salazar González Página 2 1. INDICE GENERAL 1. INDICE GENERAL ......................................................................... 2 2. INTRODUCCIÓN – OBJETIVO ...................................................... 4 3. DEFINICION DE UN KART ............................................................ 5 3.1 Definición de Kart ........................................................................... 5 3.2 Historia del Karting ......................................................................... 5 4. COMPONENTES ............................................................................ 8 4.1 Chasis ............................................................................................ 9 4.2 Ruedas ......................................................................................... 15 4.3 Motor ............................................................................................ 23 4.4 Sistema de dirección ................................................................... 30 4.5 Cadena de transmisión ................................................................ 41 5. ANÁLISIS DE COMPONENTES................................................... 48 5.1 Dirección ................................................................................... 48 5.2 Frenos ....................................................................................... 53 5.3 Suspensión ................................................................................ 59 5.4 Prestaciones .............................................................................. 61 5.4.1 Cálculo de velocidad máxima en llano. .................................. 63 5.4.2 Cálculo de aceleración máxima en llano ............................... 67 5.4.3 Cálculo de la pendiente máxima superable ........................... 74 5.5 Chasis ....................................................................................... 77 5.5.1 Estudio de rigidez a torsión.................................................... 83 5.5.2 Estudio de rigidez a flexión .................................................... 87 5.5.3 Estudio de resistencia en orden de marcha. .......................... 91 ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE SUS COMPONENTES Francisco Salazar González Página 3 5.5.4 Simulación de un bordillazo en orden de marcha .................. 95 6. CAMBIOS REALIZADOS EN EL MODELO REAL ....................... 99 7. APLICACIÓN DE REGLAMENTO TÉCNICO ............................. 109 8. APLICACIÓN NORMATIVA UNE 93021-1:2006 ........................ 122 9. CONCLUSIÓN ............................................................................ 130 10. BIBLIOGRAFIA ........................................................................... 132 ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE SUS COMPONENTES Francisco Salazar González Página 4 2. INTRODUCCIÓN – OBJETIVO En este proyecto se va a realizar el estudio de un kart. Para ello se realizará la modelización de los elementos principales en Solidworks, el análisis de rigidez y resistencia de sus elementos estructurales y la comprobación de sus sistemas de frenado, dirección y transmisión. Finalmente se completa con un estudio acerca de la ergonomía y las condiciones de homologación y seguridad. ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE SUS COMPONENTES Francisco Salazar González Página 5 4. DEFINICION DE UN KART 3.1 Definición de Kart Para comenzar se explicarán detalladamente los principales componentes de un kart, para facilitar la posterior comprensión de los estudios y análisis. Un kart es un vehículo terrestre monoplaza sin techo o cockpit, sin suspensiones y con o sin elementos de carrocería, con 4 ruedas no alineadas que están en contacto con el suelo, las dos delanteras ejerciendo el control de dirección y las dos traseras conectadas por un eje de una pieza, transmiten la potencia. Sus partes principales son: El chasis (comprendida la carrocería) los neumáticos, el motor, la dirección y la trasmisión. 3.2 Historia del Karting El karting nace en marzo de 1956 en una base de aviación de California, Estados Unidos. Durante un fin de semana de permiso de los soldados allí destinados, y por el aburrimiento que les producía el estar fuera de servicio, ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE SUS COMPONENTES Francisco Salazar González Página 6 algunos de ellos tomaron la decisión de fabricar algo que les pudiera hacer disfrutar de las pistas de aviación que tenían. El resto fue fácil, tubos de calefacción soldados, ruedas de colas de avión, un motor de corta-césped y el volante de un antiguo avión en desuso les bastó para hacer un "go-kart". Así nacía el karting, con unos aparatos muy rudimentarios que podían alcanzar los 50 km/h. El primer kart comercial fue construido en agosto de 1956 por Arte Ingels en California con un motor corta-césped de la West Bend Company (1911- 2003), una compañía establecida en West Bend (Wisconsin). Muy pronto el karting se fue consolidando en otras bases de los Estados Unidos y comenzaron las primeras competiciones "salvajes". Los go-karts fueron superando aquellos 50 km/h y rápidamente se incorporaron muchas mejoras técnicas. La fiebre por el karting ganó adeptos con rapidez en todo el territorio de los Estados Unidos antes de cruzar el océano hasta Europa, ya que tres años después de su bautismo en California se contaba con más de 300 marcas diferentes que fabricaban este pequeño vehículo lúdico en Norteamérica. También de manera fulgurante, el karting se convirtió en una nueva disciplina deportiva del automovilismo, en la que comenzaban a participar miles de incondicionales. En los años 60 este deporte se introdujo en Europa a través de Francia e Inglaterra, y se creaban numerosas federaciones nacionales por todo el mundo. Para aglutinar este proceso federativo, la Federación Internacional de Automovilismo decidía crear en 1962 la Comisión Internacional de Karting (CIK/FIA). Mientras que los 70 fueron primordiales para el nacimiento del karting en España, de la mano del entrañable Jorge Fuentes y de otros jóvenes apasionados; y en el resto del mundo el karting se revelaba como una auténtica escuela para el deporte del automovilismo, cuyas virtudes formativas aún se elogian hoy. Jóvenes pilotos como Ayrton Senna, Alain Prost o Riccardo Patrese, comenzarían así a recibir sus clases prácticas en sus competiciones ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE SUS COMPONENTES Francisco Salazar González Página 7 infantiles y a promocionar esta disciplina cuando desembarcaron en la Fórmula Uno en los años 80. Desde aquel 1956 la evolución del karting ha ido en constante aumento, a pesar de que la reglamentación no ha cambiado mucho, los chasis han ido ganando en estabilidad y frenada. Aquellos primeros tubos de calefacción soldados han dado paso a los más sofisticados chasis y a los sistemas de frenos más modernos. Hoy día un kart puede alcanzar velocidades superiores a los 250 km/h(súper kart), pero con una seguridad comparable a la de un Fórmula Uno. Al principio el karting hizo las delicias de todos los amantes del bricolaje que pudieron exprimir su ingenio creativo, pero pronto algunos constructores comenzaron a producir pequeñas series de chasis. Si al principio los motores de corta-césped MacCulloch, con sus 9 cv, hacían disfrutar a los pilotos, pronto quedaron desbancados por las marcas Montesa, Parilla, Rotax y Comet. Los siempre entusiastas italianos, cuando se trata de deportes mecánicos, fueron los primeros en especializarse en la construcción de chasis. De este modo, la casa Tecno creó en los años 60 el famoso modelo Puma, que fue el prototipo de todos los otros chasis creados desde entonces. Con más de 2.000 chasis fabricados en 1965, los hermanos Pederzanni, creadores de Tecno, dirigían también sus pasos hacia el automovilismo en las Fórmulas 2.000 y 3.000, antes que los problemas económicos paralizasen un proyecto para la Fórmula 1. Desde esta época, los italianos fueron los reyes, la gran mayoría de material provenía de este país, a pesar de que los motores austriacos Rotax obtuvieron grandes éxitos durante varios años. En 50 años el karting ha obtenido el respeto y el reconocimiento como un deporte completo y una formidable escuela de conducción. El deporte del karting es uno de los más difundidos en todo el mundo y sobre todo la base más importante del deporte automovilístico actual. ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE SUS COMPONENTES Francisco Salazar González Página 8 5. COMPONENTES En este apartado se va a realizar una descripción de los principales componentes de un kart, así como todas las variantes y posibles modificaciones que pueden tomar. Las partes principales de un kart se resumen en la siguiente imagen. ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE SUS COMPONENTES Francisco Salazar González Página 9 4.1 Chasis Estructura del conjunto del kart que ensambla las partes mecánicas y la carrocería, comprendida cualquier pieza solidaria de dicha estructura. Está formado por un conjunto de tubos de acero soldados, no atornillados, formando una estructura rígida. La mayoría de la gente insiste en la competitividad de su motor de kart, pero en realidad se podría decir que la parte más importante es el chasis, ya que se considera el esqueleto que sujeta la totalidad del kart. Los chasis de kart están clasificados en los Estados Unidos como “Open”, “Caged”, “Straight” y “Offset”. Los chasis aprobados por la CIK-FIA son “Straight” y “Open”. • Los karts de tipo Open no tienen cabina de piloto. • Los karts de tipo Caged tienen una cabina de piloto alrededor del conductor, son más usadas en carreras dirt. ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE SUS COMPONENTES Francisco Salazar González Página 16 La elección del tipo de ruedas es uno de los temas que suscita más controversia. Neumáticos más blandos o más duros, según temperatura, la abrasión de la pista, la duración de la carrera, etc. Este es otro de los temas espinosos que suscita más controversia. Si son mejores los compuestos más blandos o más duros, dependiendo de las condiciones meteorológicas y las características de la carrera. En realidad, cualquier elección tiene sus pros y sus contras. Si optamos por un compuesto muy blando obtendremos un agarre superior en frenada y en curvas, pero también un deterioro de la goma más acelerado, lo que en el caso de una carrera larga con varias mangas, puede ser un grave inconveniente en las finales. Aunque es preciso realizar muchas matizaciones, la regla básica es: Cuanto más blando es el compuesto se obtiene una elevación de temperatura de la goma más rápida, una mayor flexión, mejor agarre y un más rápido desgaste. Dicho de una forma sencilla: neumático más blando significa mejor agarre, menor duración y más caro. Si el criterio de duración es importante, lo que puede ser el caso de rodar por diversión, la elección de compuestos muy blandos aparece como una decisión equivocada. Compuestos del tipo SL o más duros son los apropiados para este tipo de exigencias. Sin embargo, en carrera, cada décima o centésima de segundo es vital. El factor económico tiene menos importancia frente al crono. Es por lo que casi todos los pilotos optan por montar el compuesto más blando posible de todos los homologados para la categoría o el evento. Este es uno de los factores que contribuyen al progresivo encarecimiento de la práctica del karting. Por otra parte, las condiciones de la pista, la temperatura de la misma y la duración de la carrera pueden matizar esta elección: ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE SUS COMPONENTES Francisco Salazar González Página 17 • Tipo de pista. Pista más deslizante exige compuestos más blandos. Por contra, una pista abrasiva requiere compuestos más duros. No es solamente un asunto de deterioro de la goma (que también lo es) sino un problema de adquisición de temperatura. Pensemos en una pista muy abrasiva como si fuera un papel de lija y en una pista deslizante como en un cristal. • Temperatura de la pista. A temperaturas elevadas compuestos más duros. Los compuestos blandos adquieren temperatura más rápidamente que los duros, pero si la temperatura del asfalto es muy alta, corremos el peligro de sobrecalentarlos. • Duración de la carrera. Está claro: goma más blanda, menor duración. Evidentemente, con matizaciones. Cualquier compuesto aguanta una o dos mangas de una carrera de velocidad. Sin embargo, en casos como carreras de resistencia o eliminatorias con varias mangas, el desgaste de los neumáticos puede contar mucho al final. Sirve de poco obtener unos fantásticos registros en las mangas eliminatorias si llegamos a la carrera final con las gomas tan deterioradas que resulta difícil mantener el kart en la pista. El equilibrio entre agarre y desgaste puede ser muy delicado. En realidad, hay uno o dos factores determinantes: la capacidad de flexión y la temperatura de la goma. Los neumáticos están diseñados para trabajar de forma óptima en un margen específico de temperaturas que hay que procurar mantener. Tanto los sobrecalentamientos como la falta de adquisición de la temperatura adecuada empeoran el rendimiento de las gomas. Los diferentes tipos de ruedas usadas en karting son: ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE SUS COMPONENTES Francisco Salazar González Página 18 • Slick, o neumáticos lisos para carretera seca. En el nivel internacional de carreras estos son algunos de los neumáticos más suaves y más avanzados en el automovilismo. Las ruedas Slick tienen diferentes composiciones, desde muy suave (máxima adherencia) hasta muy duras (tienen menos agarre pero más vida útil). Los neumáticos lisos no tienen surcos por lo que tienen un contacto óptimo con la superficie. Este tipo de neumáticos no se usan nunca en un coche ordinario, ya que debe tener en cuenta cualquier variación del tiempo, pero son ideales para cualquier forma de automovilismo que permita a los conductores cambiar sus ruedas de acuerdo con el tiempo. Los neumáticos lisos ofrecen una tracción mayor que los neumáticos con surcos, pero cuando el suelo está húmedo pierden toda su adherencia, ya que al no tener surcos, se forma una película de agua entre el neumático y la superficie, esto se conoce como aquaplaning. • Intermediate, o neumáticos intermedios. Este tipo de neumáticos se usan generalmente cuando hay una pequeña parte húmeda en el aire y en la pista, pero no lo suficiente como para tener que llevar neumáticos para lluvia. Por esta razón el material del que están compuestos es más blando que en los neumáticos lisos, pero no tanto como en los neumáticos para lluvia. Los neumáticos intermedios también se usan cuando cabe la probabilidad de perder tracción en la carretera. • Wets, o neumáticos de lluvia. Este tipo de neumáticos se usan cuando la carretera está muy mojada, e incluso se forman charcos. Tienen surcos, están hechas de un compuesto muy blando y son más estrechas que las Slick. Este tipo de neumáticos ofrecen mucha más tracción cuando la carretera está mojada en comparación con los neumáticos Slick, ya que los surcos que poseen permiten que el agua atrapada entre el ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE SUS COMPONENTES Francisco Salazar González Página 19 neumático y la carretera salga a través de ellos y no se produzca aquaplaning. No están permitidas en todas las carreras. • Special, o neumáticos especiales. Estos neumáticos se usan cuando ninguno de los tres anteriores nos permite seguir conduciendo. Los neumáticos con pinchos se usan por ejemplo cuando el terreno está helado. Son básicamente neumáticos lisos con pinchos. AJUSTE DE PRESIÓN EN LOS NEUMÁTICOS Otro de los temas importantes en cuanto a las ruedas del kart es el ajuste de la presión en los neumáticos. En realidad, el ajuste óptimo depende de muchos factores: el equilibrio del kart, el tipo de gomas, la composición y temperatura de la pista, el peso del piloto, etc. Y, por supuesto, de algunas particulares manías. Se observan partidarios de presiones muy bajas, tan bajas que el kart desenllanta en cuanto se fuerza la goma en algún giro. Y, a pesar de eso, seguir con ese tipo de presiones carrera tras carrera. Como siempre, el agarre óptimo se consigue en el margen apropiado de temperatura del neumático, que varía con el compuesto usado. Por medio de las variaciones de presión se puede llevar a una goma a trabajar en un extremo u otro. La regla general, que hay que interpretar con sumo cuidado, es: Mayor presión genera más calor y más rigidez. Y viceversa. Entonces, si más presión implica mayor temperatura, se debería aumentar la presión para conseguir más agarre. Pero es necesario tener en cuenta los pros y los contras. Subir la ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE SUS COMPONENTES Francisco Salazar González Página 20 presión significa un aumento más rápido de la temperatura lo que puede llevar a sobrecalentarla en carreras de una cierta duración. También significa un mejor rodaje en rectas y una más rápida respuesta al volante. Sin embargo, implica una pérdida en la capacidad de flexión de la goma al aumentar la rigidez, con mayor posibilidad de deslizamiento y, en el caso extremo, una menor superficie de contacto al abombar la banda de rodadura. Bajar la presión, por el contrario, significa una mayor capacidad de flexión del neumático permitiendo una mayor resistencia al deslizamiento en curva, mejor agarre en giro, si bien es cierto que tardara más en adquirir temperatura. También mejora la cantidad de superficie de contacto siempre que la presión no sea excesivamente baja. Aunque en carreras muy cortas o con tiempo muy frío, puede suceder que el uso de presiones muy bajas impida que el neumático llegue a alcanzar su temperatura apropiada de trabajo. Si durante la prueba se alcanza el margen adecuado, la capacidad de flexión adquiere preponderancia. Ahora bien, ello puede implicar que la goma no adquiera temperatura hasta que se haya rodado dos o tres vueltas. El caso contrario se presenta en las vueltas de toma de tiempos (una o dos) donde se puede terminar sin que la goma se caliente lo suficiente. Un ligero aumento de la presión de inflado será beneficiosa para este tipo de vueltas. Otros ajustes: • Temperatura. Es conveniente subir ligeramente la presión cuando baja la temperatura de la pista y bajarla cuando aquella sube. Se usa el aumento de presión para intentar adquirir mayor temperatura de la goma. Así pues, se usan presiones superiores en invierno. Las variaciones durante el mismo día, de mañana a tarde, se compensan de la misma manera. ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE SUS COMPONENTES Francisco Salazar González Página 21 • Compuestos. Cuanto más blandas son las gomas menos presión requieren. Las gomas duras admiten mayor presión ya que adquieren temperatura lentamente. • Tipo de pista. Cuanto más abrasiva es una pista, mayor rozamiento provoca y mayor es el aumento de temperatura, lo que se compensa bajando la presión. Cuando se acumula goma en la pista sucede algo parecido ya que provoca mayor agarre y resistencia al avance. En estas condiciones resulta conveniente bajar la presión para reducir la temperatura de la goma, especialmente en verano. • Peso total. Cuanto mayor es el peso del kart tanto mayor carga exige al neumático así en la banda de rodadura como en los laterales para flexar. Esto hace que la temperatura aumente, lo que se puede compensar bajando la presión. Por tanto, kart más pesado, menor presión. • Tipo de circuito, estilo de pilotaje... Todas las condiciones pueden influir en un mayor o menor aumento de temperatura. Normalmente cuanto más se deslice, mayor calor se genera. Para mantener la temperatura óptima ciertos pequeños cambios de presión son convenientes. En la siguiente tabla se muestra un resumen del comportamiento de los neumáticos según la presión: ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE SUS COMPONENTES Francisco Salazar González Página 22 PRESIÓN MÁS ALTA MÁS BAJA Agarre Decrece Aumenta Área de contacto Decrece Aumente Respuesta del volante Rápida Lenta Rigidez lateral Más dura Más blanda Rendimiento mojado Aumenta Decrece Duración Decrece Aumenta Pequeñas variaciones de presión sirven también para compensar algunos problemas o ajustes del kart, como problemas de sub o sobreviraje. Normalmente se realizan las variaciones en las gomas traseras, ya que las delanteras necesitan una cierta rigidez para obtener buena respuesta al volante. Además los cambios en el tren delantero tienen efectos mucho más acusados. Si se experimenta un subviraje debido a un empuje excesivo, lo que provoca la tendencia a seguir derecho, subid las presiones traseras. Esto produce un aumento del deslizamiento del tren trasero, compensando el empuje. Por el contrario, un sobreviraje excesivo que hace necesario realizar correcciones de volante para mantener la trazada, se puede compensar bajando la presión de las gomas traseras para producir un mejor agarre. Si el kart "bota" en las curvas, el aumento de las presiones en las gomas traseras permitirá un mejor deslizamiento. Tened en cuenta que cuanto más alta es la presión, al ocasionar mayor deslizamiento, menor es su adherencia lo que permite un rodaje más suave y rápido pero disminuye su capacidad de frenado. ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE SUS COMPONENTES Francisco Salazar González Página 23 4.3 Motor Por motor se entiende el conjunto motopropulsor del vehículo en estado de marcha, comprendiendo un bloque de cilindros, carters, eventualmente caja de velocidades, un sistema de encendido, uno o varios carburadores (no posee sistema de inyección) y un tubo de escape (silencioso). Las partes más importantes en el motor de un kart son: el sistema de admisión, el carburador, la bujía y el escape. ADMISIÓN Es el primer tiempo del ciclo de un motor de cuatro tiempos. Se inicia con la apertura de la válvula (o las válvulas) de admisión, mientras el pistón inicia su carrera de descenso desde el punto muerto superior (PMS) al punto muerto inferior (PMI). ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE SUS COMPONENTES Francisco Salazar González Página 24 La succión que se crea se aprovecha para introducir la mezcla en el cilindro. Durante esta fase, la válvula de escape permanece totalmente cerrada, y para que se llene mejor el cilindro aprovechando la inercia de los gases, hay una ligera variación del ciclo teórico: la válvula de admisión se abre un poco antes de que el pistón llegue al PMS e inicie el descenso, y se cierra con un ligero retraso respecto al PMI. Durante este tiempo de admisión, el cigüeñal ha dado media vuelta. CARBURADOR Carburar significa mezclar el aire atmosférico con los gases o vapores de los carburantes para hacerlos combustibles o detonantes. El carburador está diseñado para producir una fina niebla, formada por gasolina y aire en la proporción adecuada, que debido a la chispa de la bujía explosiona en el interior del cilindro, en lo que se denomina fase de combustión de un motor. Los carburadores basan su funcionamiento en un dispositivo denominado "tubo de venturi", de forma que se acelera el aire de admisión a su paso por el carburador. Al acelerarse, el aire provoca un vacío que chupa de la gasolina. (Su principio de funcionamiento es idéntico al de los perfumadores clásicos). Los carburadores constan por lo general de una cuba en la que se regula el nivel de carburante que llega desde el depósito a través de una ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE SUS COMPONENTES Francisco Salazar González Página 25 válvula de aguja accionada por un flotador (algo similar a los mecanismos de boya que controlan el agua en las cisternas de los lavabos), un difusor calibrado para suministrar el fino chorro de gasolina que se pulveriza en la corriente de aire, y una mariposa conectada con el acelerador que regula la entrada de mezcla en el motor. Actualmente ya no se utiliza en Europa ni en otros países norteamericanos, pues los sistemas de inyección electrónica son más eficaces y permiten dosificar perfectamente el combustible para cumplir con la normativa anti-contaminación, pero en los karts cualquier sistema de inyección está prohibido. BUJÍA Proporciona la chispa que enciende el combustible en los motores de gasolina. Se compone de un cuerpo de acero que es el que está en contacto con el bloque del motor, acabado en un electrodo de masa. El electrodo central suele ser de cobre, níquel o platino, y está separado del cuerpo de la bujía mediante un material aislante realizado en material cerámico. En el interior, también hay una resistencia que anula posibles interferencias electromagnéticas. Entre los factores importantes a tener en cuenta en una bujía está la separación entre electrodos, que debe ser adecuada para que la corriente produzca una chispa capaz de prender el combustible. También es muy ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE SUS COMPONENTES Francisco Salazar González Página 32 La convergencia de cada rueda delantera se define como el ángulo que forma el plano de la rueda con el eje longitudinal del kart. Cuando forman un ángulo agudolas ruedas tienden a encontrase por delante del kart, se cierran hacia adelanteexiste una convergencia. Si las ruedas se abren se dice que hay divergencia. La convergencia se puede expresar en grados del ángulo que forman, pero habitualmente se expresan como la diferencia de las anchuras de vías medidas en el borde anterior y posterior de los neumáticos o de las llantas. Cuando las ruedas están perfectamente paralelas no hay convergencia y es la configuración adecuada para una marcha más suave, con la mínima pérdida de potencia y el menor desgaste de gomas. Cualquier ángulo introduce un valor de resistencia al avance, y provoca un mayor desgaste debido a que los neumáticos ruedan "arrastrándose" con un ángulo respecto a la dirección de avance. Una excesiva convergencia causa un desgaste acelerado en los bordes externos de los neumáticos mientras que una excesiva divergencia provoca lo mismo en los bordes interiores. El motivo de la convergencia o no viene determinado por otros dos aspectos importantes en la conducción: la estabilidad direccional y la respuesta al cambio de dirección. Cuando se introduce una ligera convergencia, cada rueda apunta ligeramente hacia el centro de forma que sus direcciones relativas, las que tienden a efectuar las ruedas, se cruzan por delante del coche. Cualquier pequeña variación producida por baches o ligerísimos ajustes de volante tiende a ser anulada en el sentido de la marcha ya que las ruedas, al apuntar al ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE SUS COMPONENTES Francisco Salazar González Página 33 interior, intentan recuperar la dirección recta. La convergencia tiene, pues, un efecto de provocar una mayor estabilidad direccional, lo que facilita una conducción más relajada, menos crispada, debida a una dirección que, en parte, autocorrige. Por el contrario, al ajustar la dirección con divergencia, cada rueda tiende a escaparse en direcciones distintas, a hacer girar el coche. Cualquier mínimo giro de volante provocará un giro de la rueda interna más cerrado que en la rueda externa. Ante cualquier variación el coche tenderá a girar más bien que a mantener la línea recta. Dicho de otro modo: la convergencia tiende a mantener el coche en la línea recta, mientras la divergencia facilita el giro. Por tanto, el reglaje idóneo depende de los objetivos del reglaje. Hay que buscar el compromiso entre la estabilidad, la facilidad de giro y el desgaste de gomas. En un turismo de calle nadie quiere estar peleando constantemente con el volante para recuperar la dirección ante cada pequeño bache aunque el coche responda un poco peor al inicio de cada curva. Sin embargo, un piloto de carreras puede sacrificar la estabilidad frente a una mejor respuesta al giro. Por ello, en carreras puede usarse una ligera divergencia mientras los coches de calle siempre vienen ajustados con convergencia. En cualquier caso, el posible ajuste divergente se debe realizar en el tren delantero. Colocar divergencia en las ruedas traseras provocaría un excesivo sobreviraje y haría el coche imposible de conducir. Las ruedas traseras deben estar perfectamente paralelas o con una muy ligera convergencia. ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE SUS COMPONENTES Francisco Salazar González Página 34 Podemos prever que en un circuito muy virado será más apropiada una mayor divergencia que en un circuito con curvas más suaves. O quizás en un circuito de curvas suaves y muy rápidas (un circuito oval, por ejemplo), una ligera convergencia ayude a mantener el kart con la estabilidad adecuada. Por otra parte, cuanto más rígido sea un chasis será tanto más sensible al cambio y necesitara menor variación. El reglaje deberá tender a la mínima convergencia o divergencia que produzca el efecto deseado. El ajuste más habitual en sprint karts de 100 cc. Es divergente entre 0 y 2 mm. Poner cantidades elevadas reduce la facilidad de rodaje en recta y ocasiona importantes desgastes de los neumáticos. Sin embargo, en sesiones de reglaje, ajustar al máximo de convergencia o divergencia puede servir para aclarar la tendencia y sensibilidad del chasis. Con reglajes extremos hay que pilotar con extrema precaución. Es preciso realizar el reglaje de ruedas paralelas al menos una vez para poder tener la referencia adecuada. Deberá realizarse midiendo cuidadosamente y variando la longitud de las varillas de ajuste de forma que tengan entre ellas la menor diferencia posible. Apuntad las longitudes y realizad una marca en las varillas para poder reajustar con mayor rapidez. El reglaje debe realizarse en orden de marcha teniendo en cuenta el peso del piloto. Al cargar el kart, el peso tiende a doblar el chasis hacia abajo, abriendo las ruedas. Como las varillas mantienen la distancia, la dirección tiende a divergir. Este posible cambio se debe medir para tenerlo en cuenta en caso de ajustes sin el piloto. También influye en las caídas y avances. ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE SUS COMPONENTES Francisco Salazar González Página 35 CAIDA DE LAS RUEDAS La caída de una rueda es el ángulo que forma el plano de la rueda respecto a la vertical al suelo en el punto de contacto. Si el extremo superior de la rueda está más cercano al chasis que la vertical, la rueda cae hacia el chasis y se dice que la rueda tiene una caída negativa. Si está más alejado, la rueda tiene una caída positiva. La fuerza que un neumático puede resistir o desarrollar en giro es altamente dependiente del ángulo que forma en la superficie de contacto y, por tanto, el ángulo de caída es un factor importante de reglaje. De hecho, el mejor rendimiento se obtiene típicamente con una pequeña inclinación negativa de alrededor de medio grado, aumentando el poder de giro por un efecto de empuje similar a la inclinación en las ruedas de una bicicleta o moto al recorrer una curva. Eso hace que se trate de que el neumático en giro deba trabajar siempre en una ligera caída negativa, lo que no resulta fácil ya que la tendencia de la rueda externa en giro es a deformarse, llevando la parte superior hacia afuera. El ajuste inicial de una mayor caída negativa de la idónea permite compensar la caída positiva resultante en el giro. Sin embargo, con gomas cada vez más anchas, trabajar con valores elevados de caídas negativas disminuye la superficie de contacto y se ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE SUS COMPONENTES Francisco Salazar González Página 36 incrementa excesivamente la temperatura en el borde interno del neumático, causando un excesivo desgaste. Por otra parte, en un kart, al no existir suspensiones, no se producen grandes caídas positivas, que haya que compensar, debido a las compresiones de suspensión como pasa en otros vehículos. Poner cualquier clase de caída ocasiona un relativo peor rodaje en rectas ya que el neumático no apoya por igual, lo que ocasiona una resistencia y un desgaste desigual en las caras internas y externas de las gomas. Las caídas deben ser mantenidas en el mínimo necesario para conseguir el efecto deseado en curva. Por lógica, el reglaje se verá influido por el circuito a recorrer, más virado o con fuertes rectas. La forma más apropiada de fijar la caída es medir la temperatura de las gomas después de unas cuantas vueltas rápidas. Conseguir un equilibrio de temperaturasde las temperaturas ideales para el compuesto usado- en la banda de rodadura, con el borde interno muy ligeramente más caliente que el externo es el objetivo a conseguir. Probando ligeras variaciones en caídas se puede conseguir un reparto de temperaturas más adecuado, trabajando siempre con valores muy pequeños. En karts en los que no existan posibles ajustes del ángulo de caída, es posible conseguir modificarlo cambiando la inclinación, hacia adentro, del pivote de las manguetas de dirección. Siempre hay que tener en cuenta que el peso del piloto tenderá a provocar un aumento de la caída positiva por lo que los ajustes deberán compensarla. En cualquier caso, el reglaje de caídas es en la práctica un toque de perfección que necesita un piloto experimentado para su ajuste. ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE SUS COMPONENTES Francisco Salazar González Página 37 AVANCE DEL PERNO DE DIRECCIÓN El avance de dirección es otro de los ajustes de control direccional. Impacta en la respuesta a la variación de volante y al auto centrado de las ruedas o reacción a los cambios de dirección El principio es el mismo que el que nos encontramos en los carros de la compra de un supermercado. El punto en el que la rueda toma contacto con el suelo está situado detrás de la vertical del eje de giro de la dirección de la rueda. Ello hace que, mientras que el carro se mueve adelante, las fuerzas implicadas hacen que la rueda sea "llevada " adelante detrás del punto del pivote de dirección (que "tira" de la rueda), provocando una auto alineación de la rueda. Si la rueda estuviera directamente bajo el pivote (sin avance) no habría fuerzas auto alineadoras que actuasen en la rueda y bambolearía incontrolable. Si las ruedas apoyan por detrás de la vertical del pivote de dirección, se dice que el avance es positivo. Si apoyan por delante el avance es negativo. El avance positivo tiende a enderezar la rueda en la dirección de marcha y se emplea para mejorar la estabilidad en recta. La fuerza que hace que la rueda siga a la dirección es proporcional a la distancia entre ambas verticales. A mayor distancia, mayor fuerza. Lo que significa que un mayor avance ocasiona una mejor estabilidad pero, a su vez, necesita una mayor fuerza a ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE SUS COMPONENTES Francisco Salazar González Página 38 realizar para lograr un cambio de dirección, una mayor resistencia del volante. Un excesivo avance hace más pesada la dirección, así como más imprecisa en movimientos rápidos de volante. Otra consecuencia del avance es la caída de ruedas, ya que introduce una caída negativa. También es dependiente del tamaño de la rueda. Cuanta más pequeña es la rueda, menor es el efecto, luego necesita mayor avance para conseguir el mismo control. La mayor parte de los coches no son especialmente sensibles al ajuste de avance, que suele mantenerse entre 3 y 5 grados positivos, aunque siempre es aconsejable comprobar que los ángulos son iguales en las dos ruedas delanteras. En un kart el efecto de avance se consigue por medio de la inclinación del pivote de dirección, de modo que el eje del pivote intercepte el suelo por delante del punto de contacto de la rueda. El ángulo entre la vertical de la rueda y el eje de dirección se conoce como ángulo de avance. El avance se controla variando el grado de inclinación del pivote de dirección. Llevar el extremo superior del pivote hacia atrás produce mayor ángulo, más avance. Hacia adelante, menos avance. Bastantes karts tienen un avance fijo sin posibilidades de reglaje y existe una opinión de que la variación del reglaje ocasiona más problemas que los que resuelve. El fabricante tiene diseñado el avance idóneo y un kart, se argumenta, no es especialmente sensible a la variación. Los chasis más sofisticados tienen la posibilidad de variación continua del avance mientras otros tienen tres o cuatro posiciones, todas con avance positivo. Cuanta menor inclinación tenga el pivote, menor será el avance y más rápida la respuesta al volante, aunque la estabilidad a alta velocidad se verá resentida. ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE SUS COMPONENTES Francisco Salazar González Página 39 DIVERGENCIA DE LA DIRECCIÓN Como las trayectorias a recorrer por la ruedas directrices son distintas en una curva (la rueda exterior ha de recorrer un camino más largo por ser mayor su radio de giro), la orientación que debe darse a cada una es distinta también (la exterior debe abrirse mas), y para que ambas sigan la trayectoria deseada, debe cumplirse la condición de que todas las ruedas del vehículo, en cualquier momento de su orientación, sigan trayectorias curvas de un mismo centro O (concéntricas), situado en la prolongación del eje de las ruedas traseras. Para conseguirlo se disponen los brazos de acoplamiento A y B que mandan la orientación de las ruedas, de manera que en la posición en línea recta, sus prolongaciones se corten en el centro C del puente trasero o muy cerca de este. ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE SUS COMPONENTES Francisco Salazar González Página 40 Esta solución no es totalmente exacta, sino que existe un cierto error en las trayectorias seguidas por las ruedas si se disponen de la manera reseñada. En la práctica se alteran ligeramente las dimensiones y ángulos formados por los brazos de acoplamiento, para conseguir trayectorias lo más exactas posibles. La elasticidad de los neumáticos corrige automáticamente las pequeñas variaciones de trayectoria. Las ruedas traseras siguen la trayectoria curva, como ya se vio, gracias al diferencial (cuando el vehículo tiene tracción trasera), pero como en los karts no están permitidos los diferenciales, las ruedas traseras deslizarán en las curvas. ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE SUS COMPONENTES Francisco Salazar González Página 41 4.5 Cadena de transmisión La cadena de transmisión, también llamada línea motriz, es la encargada de transmitir el par desde el motor hasta las ruedas del vehículo. Los elementos de la transmisión son responsables en gran parte del comportamiento del vehículo, es decir, de sus prestaciones. La cadena de transmisión la constituyen el conjunto de elementos dispuestos entre el motor y las ruedas del vehículo. En un automóvil estándar está compuesta por: cigüeñal, embrague, mecanismo de cambios, eje articulado, diferencial y semieje motriz. En el caso de los karts la cadena de transmisión está formada simplemente por el cigüeñal, el embrague, el conjunto piñón corona y el eje trasero. Todos los motores tienen un límite de revoluciones que no pueden sobrepasar sin que el motor se rompa. Esto es conocido como la “línea roja”. La transmisión te permite cambiar de marcha para que la relación entre el motor y las ruedas cambie a medida que aceleras o frenas. Esto permite al motor estar en todo momento por debajo de la “línea roja”, manteniendo las revoluciones optimas por minuto para el motor. ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE Francisco Salazar González 6. ANÁ LISIS DE COMPONENTES 6.1 Dirección La dirección de un vehículo es el conjunto de mecanismos que permiten maniobrar el mismo y, las soluciones empleadas la conducción. En este apartado se calcula la divergencia teórica y la curva de error de la dirección. Para conseguir que cuando un vehículo realice una operación de viraje tenga un único centro instantáneo de rotación, el á rueda exterior (φ e ) y el ángulo girado por la rueda interior ( ciertas condiciones. ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE SUS COMPONENTES Francisco Salazar González LISIS DE COMPONENTES La dirección de un vehículo es el conjunto de mecanismos que permiten maniobrar el mismo y, las soluciones empleadas para el confort y seguridad de En este apartado se calcula la divergencia teórica y la curva de error de la dirección. Para conseguir que cuando un vehículo realice una operación de viraje tenga un único centro instantáneo de rotación, el á ngulo girado por la ) y el ángulo girado por la rueda interior ( φ i ) φ    φ  l DId  φ  cotgφ  d  l ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE Página 48 La dirección de un vehículo es el conjunto de mecanismos que permiten para el confort y seguridad de En este apartado se calcula la divergencia teórica y la curva de error de la dirección. Para conseguir que cuando un vehículo realice una operación de ngulo girado por la deben cumplir ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE SUS COMPONENTES Francisco Salazar González Página 49 El cálculo resuelto ha sido el de giro a la izquierda cuya rueda interior es la izquierda. El cálculo de giro a la derecha es completamente idéntico, teniendo siempre en cuenta que para este segundo caso la rueda interior será la derecha, siendo válidos los cálculos realizados en giro a izquierda para la rueda izquierda, con la matización de la simetría especular que presentan ambas ruedas. Para la determinación de los elementos de la dirección, se deberá calcular la curva de error, y minimizar el error en la zona de mayor riesgo, que coincide con la toma del vehículo de pequeños giros a alta velocidad. En primer lugar se dan valores al ángulo de la rueda exterior, en este caso de 2 a 18 grados. Luego gracias a las fórmulas se deduce el ángulo interior teórico, y midiendo en el modelo en 3D del kart, se obtiene el ángulo interior para cada ángulo que gira la rueda exterior. Así: Distancia entre pivotes dp (mm) 670 Batalla l (mm) 1040 Ángulo exterior Ángulo interior teórico Ángulo interior real Grados Radianes Grados Radianes Grados Radianes 2 0,035 2,046 0,036 2,292 0,040 4 0,070 4,188 0,073 4,450 0,078 6 0,105 6,432 0,112 6,520 0,114 8 0,140 8,785 0,153 8,610 0,150 10 0,175 11,251 0,196 10,700 0,187 12 0,209 13,836 0,241 12,810 0,224 14 0,244 16,544 0,289 14,930 0,261 16 0,279 19,378 0,338 17,040 0,297 18 0,314 22,340 0,390 19,250 0,336 ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE SUS COMPONENTES Francisco Salazar González Página 50 Como se puede observar el error para grandes giros es bastante grande, en cambio para giros pequeños se ajusta bastante bien. Para intentar solucionar este problema, se acorta en el modelo en 3D las varillas de dirección 5 milímetros, y el resultado es el siguiente. Ángulo exterior Ángulo interior teórico Ángulo interior real Grados Radianes Grados Radianes Grados Radianes 2 0,035 2,046 0,036 2,779 0,048 4 0,070 4,188 0,073 4,940 0,086 6 0,105 6,432 0,112 7,030 0,123 8 0,140 8,785 0,153 9,110 0,159 10 0,175 11,251 0,196 11,210 0,196 12 0,209 13,836 0,241 13,320 0,232 14 0,244 16,544 0,289 15,440 0,269 16 0,279 19,378 0,338 17,590 0,307 18 0,314 22,340 0,390 19,780 0,345 0 5 10 15 20 25 0 5 10 15 20 Ángulo ext. Ángulo int. teórico Ángulo int. real ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE SUS COMPONENTES Francisco Salazar González Página 51 En este caso para pequeños giros el ángulo interior es mayor que el teórico, lo cual da lugar a un mayor error que en el primer caso, pero para grandes giros el error es menor que en el caso anterior. Y para giros de entre 8 y 12 grados el error cometido es mínimo. En la siguiente tabla se muestra el error cometido en tanto por ciento en cada caso: Error cometido en % Grados 1º Caso 2º Caso 2 10,74 26,37 4 5,89 15,22 6 1,35 8,50 8 2,03 3,57 10 5,15 0,36 12 8,01 3,87 14 10,81 7,15 16 13,72 10,16 18 16,05 12,94 Por tanto el ajuste que se ha llevado a cabo mejora el error cometido para grandes giros pero empeora drásticamente el error cometido para giros 0 5 10 15 20 25 0 5 10 15 20 Ángulo ext. Ángulo int. teórico Ángulo int. real ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE SUS COMPONENTES Francisco Salazar González Página 52 más pequeños. Como se ha explicado anteriormente es muy importante minimizar el error cuando el kart va a altas velocidades y realiza giros pequeños, ya que las curvas cerradas en los circuitos de karts se toman con el vehículo derrapando. El ajuste que se ha hecho en las varillas es erróneo. La primera configuración de las varillas proporciona giros muy seguros en el rango de 2 a 8 grados, que es donde realmente se necesita minimizar el error. ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE SUS COMPONENTES Francisco Salazar González Página 53 6.2 Frenos El sistema encargado de detener el kart cuando está en movimiento son los frenos. Para comprobar si los frenos instalados en el kart son adecuados deberán pasar una serie de pruebas y ensayos: Condiciones de Ensayo • El ensayo se debe realizar con los frenos fríos, es decir, sin haberlos utilizado al menos en los 20 minutos anteriores al ensayo. • Los neumáticos deben estar inflados a la presión máxima recomendada por el fabricante. • La pista de ensayo debe ser de asfalto, estar completamente seca y limpia, y ser horizontal (pendiente ≤ 1%). • El conductor debe pesar 75 kg ± 5 kg. • La velocidad del viento no debe superar los 3 m/s Metodología del ensayo • El kart debe aproximarse al comienzo de la zona de frenado a una velocidad V, de 40 km/h • Al llegar al comienzo de la zona de frenado, se libera el acelerador y se actúa con una fuerza de 30dN sobre el pedal del freno. • Se mide la distancia hasta la detención total y/o la deceleración. • Se debe repetir el ensayo al menos dos veces, y calcular la media de los valores medidos. • La distancia de frenado, S, debe ser: S ≤ 0.1V + V 2 /115 ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE SUS COMPONENTES Francisco Salazar González Página 54 • La deceleración media resultante debe ser mayor o igual a 4.4 m/s 2 Si cualquiera de estos dos requisitos, de distancia o de deceleración, no se satisface, debe considerarse que el kart no supera el ensayo. Resultados del ensayo FORMULACIÓN Fuerza sobre cada pastilla ·  4· Donde d es el diámetro del bombín del freno, y P h es la presión hidráulica del líquido de freno. Superficie de una pastilla de freno !" " #·$·#" %# & # ' 2)·$*# & # '  2 + , -& -' ∝ , Donde α es el ángulo que abarca la pastilla sobre la superficie del disco y r e y r i son el radio exterior e interior respectivamente. Presión entre pastillas y disco //! Fuerza normal ejercida por la pastilla 12/·*# & # '  2 Par de frenada 12/·! ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE SUS COMPONENTES Francisco Salazar González Página 55 13·/·! Donde φ es el coeficiente de rozamiento entre pastilla y disco 4#·3·! 4" " 3·/·#  ·#·$*·3·/# &5 # '5  3 -& -' + , Al haber 2 pastillas, 42·*·3·/# &5 # '5  3 CÁLCULO DE LOS FRENOS Según la normativa, la fuerza ejercida en el pedal ha de ser de 30dN, es decir de 300N. Pero antes de llegar al bombín del freno se producen varias multiplicaciones por regla de palanca. PEDAL Donde Fp es la fuerza ejercida sobre el pedal y Fs es la fuerza de la sirga. 17 89·:,;<, <, 500? Ç Después, la sirga tira de un elemento que hace de palanca de la siguiente manera: Donde Fb es la fuerza sobre el bombín del freno 1@17·60 20 1500? ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE SUS COMPONENTES Francisco Salazar González Página 56 Por tanto la fuerza que nos llega al primer bombín es de 1500N. Teniendo en cuenta que dicho bombín tiene un radio de 12mm, la presión del líquido de frenos será: /1@ C@1500 ·12  3,316?/EE  La presión dentro del circuito es constante, por tanto el líquido empujará a otros 2 bombines de freno, que tienen 14mm de radio, los cuales ejercerán cada uno una fuerza 1/C@ F ·/·14  ·3,3162041?/@E@í2 Ahora necesitamos saber la superficie de las pastillas de freno. r e = 90mm r i = 60mm α = 55º = 0,305π rad. C/0,305·90  60   22155,9 EE  Por tanto la presión que ejercen las pastillas sobre el disco es /1/ C/2041 2155.90.947?/EE  Y ahora podemos calcular el par de frenada en el eje φ=0,3 40.305·0.3·0.947·90 5 60 5  346.549,7?EE Al haber 2 pastillas, 42·493.099,4?EE ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE SUS COMPONENTES Francisco Salazar González Página 57 Para calcular la fuerza de frenado en las ruedas dividimos el par en el eje por el radio de la rueda R = 130 mm 1#4 L93.099,4 130 716,15? Calculamos la deceleración del kart M=135kg 1#E·M M716,15 135 5,3E/7  El tiempo que tarda el kart en pararse yendo a una velocidad inicial de 40km/h es V 0 = 40km/h = 11,1 m/s NN , M· 011,1 5.3 2.09 7 La distancia que recorre el kart en este tiempo de frenada es 77 , N , ·M·  2011,1·2.095.3·2.09  211.62E Según la normativa, el kart debe frenarse en una distancia marcada por la siguiente fórmula: S ≤ 0.1V + V 2 /115 Sustituyendo la V por 40km/h que es la velocidad inicial del kart, el kart debe detenerse antes de 17,91m. ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE SUS COMPONENTES Francisco Salazar González Página 64 1º Condiciones de motor y resistencia al avance DATOS P = 14 CV µt = 0.9 µr = 0.015 Pom = 135 Kg Cx = 0.85 Saer.ef = 1,5 · 0.9 · 0.7 = 0,945 m 2 La máxima velocidad se alcanza cuando la capacidad de aceleración del vehículo es nula: Fm – Rt = m · a = 0 Por tanto, la máxima velocidad se obtiene cuando: Fm = Rt Fm (Kgf) = \]^·_`· ab ^ R T = Rr + Ra + Rp \]^·_`· ab ^ = µ r · Pom + ]c·de&-.&f g: ·N  Sustituyendo los valores 14·75·0.9 N0.015·1350.85·0.945 16 ·N  9452,025·N0,05·N 5 mnopqr,stnu ⁄wt,sxtynz { ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE SUS COMPONENTES Francisco Salazar González Página 65 2º Relaciones de trasmisión DATOS n máx. potencia = 13500 rpm r i = 9 R = 0.13 m NEWh2·2··L # ' ·60 NEWh13500·2··0.13 9·60 mnopqx,tq nu ⁄|},~ynz { CONCLUSIÓN La velocidad máxima que podría alcanzar el kart por condiciones de resistencia es 94,1 Km/h, pero debido a la configuración de la cadena de transmisión, la velocidad máxima se reduce a 73,5 Km/h. La cadena de transmisión en el kart está compuesta únicamente por 2 engranajes unidos con una cadena, que dan una relación de transmisión de 9. Para conseguir aumentar la velocidad de kart hasta el máximo podríamos cambiar uno de los engranajes, de forma que la relación de la transmisión disminuya: Relación de transmisión actual: 90/10 = 9 Solución propuesta: 70/10 = 7 Con una relación de transmisión de 7 la formula quedaría de la siguiente manera: NEWh13500·2··0.13 7·60 26.25 E7 ⁄94.51 OE/ℎ ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE SUS COMPONENTES Francisco Salazar González Página 66 Así podríamos alcanzar la máxima velocidad que nos permite el motor que tiene instalado el kart, aunque también hay que añadir que como se ha comentado en el apartado 5.5, el aumento de la velocidad máxima por modificación de los engranajes implica un descenso de la capacidad de aceleración del kart. ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE SUS COMPONENTES Francisco Salazar González Página 67 5.4.2 Cálculo de aceleración máxima en llano Para realizar el cálculo de la aceleración máxima es conveniente hacer una tabla como la que se presenta a continuación. Pto Pot encia (CV) Par (Nm) Par (kgfm) n (rpm) V (m/s) V (km/h) Fm (kgf) R T (kgf) γ (m/s 2 ) 1/γ (m/s 2 ) T iempo (s) T .acum (s) S (m) S. a cum (m) 1 2 4,90 0,50 3000 4,54 16,34 31,12 3,06 1,96 0,51 1,50* 1,50 2,30 2,30 2 3,2 5,60 0,57 4000 6,05 21,78 35,57 3,86 2,22 0,45 0,73 2,23 3,85 6,15 3 4 6,30 0,64 5000 7,56 27,23 40,01 4,90 2,45 0,41 0,65 2,88 4,42 10,57 4 4,7 6,40 0,65 6000 9,08 32,67 40,65 6,16 2,41 0,41 0,62 3,50 5,18 15,75 5 5,5 7,10 0,72 7000 10,59 38,12 45,10 7,65 2,62 0,38 0,60 4,10 5,93 21,67 6 6,7 8,30 0,85 8000 12,10 43,56 52,72 9,38 3,03 0,33 0,54 4,64 6,11 27,79 7 8,5 9,00 0,92 9000 13,61 49,01 57,16 11,33 3,20 0,31 0,49 5,13 6,25 34,04 8 10 9,70 0,99 10000 15,13 54,45 61,61 13,51 3,36 0,30 0,46 5,59 6,63 40,66 9 11,6 10,00 1,02 11000 16,64 59,90 63,51 15,92 3,33 0,30 0,45 6,04 7,19 47,85 10 12,6 10,80 1,10 12000 18,15 65,35 68,60 18,57 3,50 0,29 0,44 6,48 7,72 55,57 11 13,8 10,60 1,08 13000 19,66 70,79 67,33 21,44 3,21 0,31 0,45 6,94 8,55 64,12 12 14 10,40 1,06 13500 20,42 73,51 66,06 22,96 3,01 0,33 0,24 7,18 4,88 69,00 *Es el tiempo de arranque. Se ha considerado 1,5 segundos. CURVA POTENCIA – PAR Lo primero que hay que hacer es dividir la gráfica de par y potencia en varias partes. En este caso se han elegido 10 tramos de 1000 rpm, y un tramo de 500 rpm, empezando desde los 3000 hasta los 13500. Para cada uno de esos puntos se mira el par y la potencia que proporciona mediante la gráfica, y se anota en la tabla. En la gráfica el par está expresado en Nm, y para pasarlo a Kgf hay que dividirlo por 9,81. ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE SUS COMPONENTES Francisco Salazar González Página 68 En esta gráfica solo se han representado las curvas hasta 13500rpm, debido a que son las máximas permitidas por el motor. A partir de este punto la potencia y el par caen en picado, y este tramo se considera fuera de uso. Lo siguiente que calcularemos es la velocidad en cada punto. Para ello aplicamos la fórmula que ya hemos utilizado anteriormente: Nm/s i··j·k - l ·:, (R = 0.13 m, r i = 9) Con esta fórmula obtenemos la velocidad en m/s, y para convertirla en Km/h hay que multiplicar por el factor 3,6: NKm/h i··j·k - l ·:, ·3,6 CURVAS MOTRIZ Y RESISTENTE: Fm – V y R T - V A continuación se ha calculado la fuerza motriz (Fm), y la resistencia total al avance (R T ), utilizando las fórmulas que hemos empleado en el cálculo de velocidad por condiciones de motor y resistencia al avance: Fm (Kef) = \]^·_`· ab ^ (µ t = 0.9) R T = Rr + Ra + Rp 0 5 10 15 0 5000 10000 15000 Potencia - Par Potencia (CV) Par (Nm) Rp m ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE SUS COMPONENTES Francisco Salazar González Página 69 Rr = µ r · Pom Ra = ]c·de&-.&f g: ·N  Rp = 0, ya que calculamos la aceleración en llano. La gráfica muestra que la fuerza motriz del vehículo aumenta a medida que aumentan las revoluciones hasta 12000, luego disminuye. En un vehículo de calle lo normal es alcanzar la máxima fuerza motriz a bajas revoluciones (en 1º marcha), y conforme aumentan las revoluciones va disminuyendo la fuerza. En el kart es diferente por motivos de adherencia, ya que si tuviera más fuerza a bajas revoluciones el kart patinaría, y siempre que hay deslizamiento se pierde velocidad. La resistencia total aumenta a medida que aumentan las revoluciones, ya que pese a que la resistencia a la rodadura se considera constante, la resistencia aerodinámica aumenta exponencialmente conforme aumentamos la velocidad del kart. 0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 0 5000 10000 15000 Fm - Rt Fm (Kgf) Rt (Kgf) Rpm ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE SUS COMPONENTES Francisco Salazar González Página 70 CURVA 1/γ – V Para calcular la aceleración (γ) en cada punto, se utiliza la fórmula: Fm – R T = m · (1+ε i ) · γ (m = 135 Kg, 1+ε i = 1.04) (1+ε i ) es un factor de corrección para la masa del vehículo por inercias de rotación. Como la fuerza motriz y la resistencia están en Kgf, el resultado de la ecuación habrá que multiplicarlo por el factor 9,81, de esta forma las unidades de la aceleración serán m/s 2 : γ (m/s 2 ) = 8kb · 1εi ·9,81 En esta gráfica se observa que la aceleración del kart aumentaría hasta las 12000rpm (la gráfica representa la inversa de la aceleración), y a partir de este punto disminuye levemente. Este es el típico comportamiento de un motor de dos tiempos, en el que es necesario alcanzar altas revoluciones para obtener una buena respuesta. En cambio a bajas revoluciones el motor necesita más tiempo para aumentar de velocidad. 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 1/γ 1/γ Km/h ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE SUS COMPONENTES Francisco Salazar González Página 71 CURVA VELOCIDAD - TIEMPO: V – t Para calcular el tiempo que tarda el kart en alcanzar determinadas velocidades se deduce: γ   , por tanto:  g  N, y  g γ N ^f ^' Integrando entre las diferentes velocidades que hemos calculado anteriormente: 0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 Velocidad (m/s) Velocidad 0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 Velocidad (Km/h) Velocidad ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE SUS COMPONENTES Francisco Salazar González Página 72 La pendiente al inicio es menor que al final, esto demuestra que a bajas revoluciones cuesta más subir de velocidad que cuando nos encontramos a altas revoluciones. La velocidad máxima desde parado se alcanza a los 7,18 segundos. CURVA ESPACIO – TIEMPO: S – t El cálculo de las curvas espacio – tiempo es inmediata: R d b , por tanto: !N·, y !" N· bf b' I ntegrando entre los tiempos calculados en el apartado anterior: Lógicamente cuanta más velocidad alcanza el kart mayor espacio recorre en el mismo tiempo. Por tanto a bajas velocidades recorre pocos metros y conforme alcanza velocidades mayores la distancia recorrida aumenta más rápido. Para alcanzar la máxima velocidad desde parado el kart debe recorrer una distancia de 69 metros. 0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 Espacio Recorrido (m) S (m) ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE SUS COMPONENTES Francisco Salazar González Página 73 En la siguiente tabla se muestra un resumen de los tiempos y distancias necesarios para alcanzar distintas velocidades: Aceleración Tiempo (s) Distancia recorrida (m) De 0 a 30 Km/h 3.19 13.06 De 30 a 50 Km/h 2.01 22.03 De 50 a 73,51 Km/h 1.9 33.91 ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE SUS COMPONENTES Francisco Salazar González Página 80 El siguiente paso es empezar a construir las piezas que encajan directamente al chasis, como los elementos de la dirección, las barras de los paragolpes, o el eje trasero, y posteriormente el resto de las piezas. El orden seguido para construir los elementos es siempre el mismo: primero se hace el boceto, se acota completamente, y se le da la forma deseada mediante diferentes operaciones como extrusión, revolución, corte, etc. Estas son algunas de las piezas: ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE SUS COMPONENTES Francisco Salazar González Página 81 El ensamblaje final se puede hacer de dos maneras. La primera es ir montando las piezas al chasis a la vez que las vas modelando, y la otra opción es modelar primero todas las piezas y luego ensamblarlas a la vez. En este caso se ha seguido el primer método, ya que presenta la ventaja de que cuando alguna pieza no encaja en el chasis, sólo tienes que cambiar dicha pieza, y las siguientes las modelas teniendo en cuenta el cambio. Si construyes todas las piezas antes de ensamblar, y surge algún problema en el ensamblaje, tendrás que modificar todas las piezas que tengan relación con ese problema, lo cual es mucho más costoso. También son importantes los subensamblajes. Consisten en 2 o más piezas que se ensamblan entre si antes de ir montadas en el chasis, formando un subensamblaje. En el momento de montar el kart completo, no necesitas unir pieza a pieza, sino que puedes unir directamente el subensamblaje. Este es un ejemplo de un subensamblaje formado por: Volante, sujeción de volante, silent block, columna de dirección y varillas de dirección, además de los tornillos para fijarlos. Uniendo piezas y subensamblajes se consigue dar forma al kart completo: ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE SUS COMPONENTES Francisco Salazar González Página 82 ESTUDIO DEL CHÁSIS Se han hecho 4 estudios diferentes del chasis: 1. Estudio de rigidez a torsión. 2. Estudio de rigidez a flexión. 3. Estudio de resistencia en orden de marcha. 4. Simulación de un bordillazo en orden de marcha. ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE SUS COMPONENTES Francisco Salazar González Página 83 5.5.1 Estudio de rigidez a torsión En este primer caso se analizará la rigidez del chasis cuando está sometido a un esfuerzo de torsión. Para ello se fija el chasis en dos puntos, que son los dos puntos donde se encontrarían las ruedas delanteras, y se aplican dos cargas en la parte trasera del chasis de forma que sometan la estructura a un esfuerzo de torsión. Fig. I. Sujeciones y cargas en el chasis sometido a torsión. Las cargas aplicadas (flechas azules) tienen un valor de 4950N cada una, generando un par torsor de 2920,5 Nm. Con este valor se consigue que el coeficiente de seguridad mínimo sea 1,5, que estará situado en el lugar donde mayor concentración de tensiones haya. ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE Francisco Salazar González Tensión axial y de flexión más alta Fig. II. Tensión axial y de flexión con el chasis sometido a torsión. Como podemos ver en cargas es 413.084.320 N/mm haber para no sobrepasar el valor mínimo del coeficiente de seguridad. Esta tensión tiene lugar en la parte derecha de la barra horizontal situada en el centro del kart. En caso de aumentar el valor de las cargas aplicadas, este punto sería el primero que podría sufrir deformaciones plásticas, incluso roturas. ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE SUS COMPONENTES Francisco Salazar González Tensión axial y de flexión más alta Fig. II. Tensión axial y de flexión con el chasis sometido a torsión. Como podemos ver en la figura II , la tensión más alta producida por las 2 cargas es 413.084.320 N/mm 2 , que es el valor máximo de tensión que puede haber para no sobrepasar el valor mínimo del coeficiente de seguridad. Esta tensión tiene lugar en la parte derecha de la barra horizontal situada en el centro del kart. En caso de aumentar el valor de las cargas punto sería el primero que podría sufrir deformaciones plásticas, incluso roturas. ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE Página 84 Fig. II. Tensión axial y de flexión con el chasis sometido a torsión. , la tensión más alta producida por las 2 máximo de tensión que puede haber para no sobrepasar el valor mínimo del coeficiente de seguridad. Esta tensión tiene lugar en la parte derecha de la barra horizontal situada en el centro del kart. En caso de aumentar el valor de las cargas punto sería el primero que podría sufrir deformaciones ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE Francisco Salazar González Desplazamientos Fig.III. Desplazamientos del chasis sometido a torsión. Lo que representa esta imagen son los desplazamientos. Las zonas en color rojo son las que sufren mayor desplazamiento, mientras que las zonas en color azul oscuro permanecen inmóviles. sufren son los más alejados de los puntos de apoyo, y son del orden de 48mm. ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE SUS COMPONENTES Francisco Salazar González Desplazamientos Fig.III. Desplazamientos del chasis sometido a torsión. Lo que representa esta imagen son los desplazamientos. Las zonas en sufren mayor desplazamiento, mientras que las zonas en color azul oscuro permanecen inmóviles. Los puntos que más desplazamiento sufren son los más alejados de los puntos de apoyo, y son del orden de 48mm. ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE Página 85 Fig.III. Desplazamientos del chasis sometido a torsión. Lo que representa esta imagen son los desplazamientos. Las zonas en sufren mayor desplazamiento, mientras que las zonas en Los puntos que más desplazamiento sufren son los más alejados de los puntos de apoyo, y son del orden de 48mm. ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE Francisco Salazar González Coeficiente de seguridad Fig.IV. Coeficie Por último la figura IV del chasis. El valor más bajo está horizontal central, es decir, el mismo lugar donde se enc alta. Todos los demás puntos están por encima de 1,5 más baja, y el material de todas las barras es el mismo. ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE SUS COMPONENTES Francisco Salazar González Coeficiente de seguridad Fig.IV. Coeficie nte de seguridad d el chasis sometido a torsión. la figura IV muestra el coeficiente de seguridad en cada punto chasis. El valor más bajo está ubicado en el extremo derecho de la barra horizontal central, es decir, el mismo lugar donde se enc uentra la tensión más alta. Todos los demás puntos están por encima de 1,5 , ya que la tensión es más baja, y el material de todas las barras es el mismo. ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE Página 86 el chasis sometido a torsión. muestra el coeficiente de seguridad en cada punto ubicado en el extremo derecho de la barra uentra la tensión más , ya que la tensión es ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE SUS COMPONENTES Francisco Salazar González Página 87 5.5.2 Estudio de rigidez a flexión Este estudio se lleva a cabo para comprobar que cuando el piloto se sienta en el kart, el chasis no toca el suelo, ni tampoco se flexiona demasiado. Para ello se fijan cuatro puntos del chasis del kart, aproximadamente donde estarían las cuatro ruedas, y se introducen dos cargas en la parte central del chasis, que es la más sensible a deformarse. El valor de estas dos cargas corresponde al peso estándar de una persona: 75kg. Fig.V. Sujeciones y cargas en el chasis sometido a flexión. Las cargas aplicadas tienen por tanto un valor de 375N cada una. ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE Francisco Salazar González Tensión axial y de flexión más alta Fig. VI. Tensión axial y de flexión con el chasis sometido a flexión. En este caso el lugar donde la tensión alcanza un mayor valor es el mismo que en el caso anterior, 26.178.982 N/mm 2 . ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE SUS COMPONENTES Francisco Salazar González Tensión axial y de flexión más alta Fig. VI. Tensión axial y de flexión con el chasis sometido a flexión. En este caso el lugar donde la tensión alcanza un mayor valor es el mismo que en el caso anterior, solo que esta vez la tensión es mucho menor: ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE Página 88 Fig. VI. Tensión axial y de flexión con el chasis sometido a flexión. En este caso el lugar donde la tensión alcanza un mayor valor es el solo que esta vez la tensión es mucho menor: ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE Francisco Salazar González Desplazamientos Fig. VII. Desplazamientos del chasis sometido a flexión. El hecho de que la tensión sea más pequeña, lleva consigo que los desplazamientos sean también pequeños. El hace 0,5mm, lo cual es prácticamente inapreciable. Esto nos demuestra que el kart tiene una rigidez a flexión suficiente para aguantar el peso del piloto. Para hacernos una idea de la rigidez del kart, se han cambiado los valor es de las cargas aplicadas a 5000N desplazamiento en el mismo punto alcanza un valor de 7 milímetros, un valor sustancialmente más alto que el anterior pero a pesar de ello el kart podría circular perfectamente. ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE SUS COMPONENTES Francisco Salazar González Desplazamientos Fig. VII. Desplazamientos del chasis sometido a flexión. El hecho de que la tensión sea más pequeña, lleva consigo que los desplazamientos sean también pequeños. El punto que más se desplaza lo hace 0,5mm, lo cual es prácticamente inapreciable. Esto nos demuestra que el kart tiene una rigidez a flexión suficiente para aguantar el peso del piloto. Para hacernos una idea de la rigidez del kart, se han cambiado los es de las cargas aplicadas a 5000N (500kg) cada una, y el desplazamiento en el mismo punto alcanza un valor de 7 milímetros, un valor sustancialmente más alto que el anterior pero a pesar de ello el kart podría ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE Página 89 Fig. VII. Desplazamientos del chasis sometido a flexión. El hecho de que la tensión sea más pequeña, lleva consigo que los punto que más se desplaza lo hace 0,5mm, lo cual es prácticamente inapreciable. Esto nos demuestra que el kart tiene una rigidez a flexión suficiente para aguantar el peso del piloto. Para hacernos una idea de la rigidez del kart, se han cambiado los cada una, y el desplazamiento en el mismo punto alcanza un valor de 7 milímetros, un valor sustancialmente más alto que el anterior pero a pesar de ello el kart podría ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE Francisco Salazar González Tensión axial y de flexión más alta Fig. XV. Tensión axial y de flexión en el chasis con el kart sometido a un bordillazo. El valor de la tensión en este caso al primer caso, que como ya se ha comentado es el valor máximo que puede alcanzar sin producir deformaciones o roturas. El punto de tensión máxima se sitúa en la barra horizontal trasera, en el punto de unión con la barr ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE SUS COMPONENTES Francisco Salazar González Tensión axial y de flexión más alta Fig. XV. Tensión axial y de flexión en el chasis con el kart sometido a un bordillazo. El valor de la tensión en este caso es 413.844.544 N/mm 2 al primer caso, que como ya se ha comentado es el valor máximo que puede alcanzar sin producir deformaciones o roturas. El punto de tensión máxima se sitúa en la barra horizontal trasera, en el punto de unión con la barr a vertical exterior derecha. ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE Página 96 Fig. XV. Tensión axial y de flexión en el chasis con el kart sometido a un bordillazo. 2 , muy próximo al primer caso, que como ya se ha comentado es el valor máximo que puede El punto de tensión máxima se sitúa en la barra horizontal trasera, en el ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE Francisco Salazar González Desplazamientos Fig. XVI. Desplazamientos en el chasis con el kart sometido a un bordillazo. El máximo desplazamiento como se puede observar está en el punto de aplicación de la carga de 2600N, y el desplazamiento que 27.4mm. ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE SUS COMPONENTES Francisco Salazar González Desplazamientos Fig. XVI. Desplazamientos en el chasis con el kart sometido a un bordillazo. El máximo desplazamiento como se puede observar está en el punto de aplicación de la carga de 2600N, y el desplazamiento que se produce es de ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE Página 97 Fig. XVI. Desplazamientos en el chasis con el kart sometido a un bordillazo. El máximo desplazamiento como se puede observar está en el punto de se produce es de ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE Francisco Salazar González Coeficiente de seguridad Fig. XVII. Coeficiente de seguridad del chasis con el kart sometido a un bordillazo. El único punto con un coeficiente de seguridad de 1,5 es aquel donde se encuentra la máxima tensión. Como se obs izquierda trasera y la horizontal trasera tienen un coeficiente de seguridad próximo a 1,5, pero nunca menor. Por tanto el kart está fuera de peligro en todos sus puntos. ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE SUS COMPONENTES Francisco Salazar González Coeficiente de seguridad Fig. XVII. Coeficiente de seguridad del chasis con el kart sometido a un bordillazo. El único punto con un coeficiente de seguridad de 1,5 es aquel donde se encuentra la máxima tensión. Como se obs erva en el dibujo las barras vertical izquierda trasera y la horizontal trasera tienen un coeficiente de seguridad próximo a 1,5, pero nunca menor. Por tanto el kart está fuera de peligro en ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE Página 98 Fig. XVII. Coeficiente de seguridad del chasis con el kart sometido a un bordillazo. El único punto con un coeficiente de seguridad de 1,5 es aquel donde se erva en el dibujo las barras vertical izquierda trasera y la horizontal trasera tienen un coeficiente de seguridad próximo a 1,5, pero nunca menor. Por tanto el kart está fuera de peligro en ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE SUS COMPONENTES Francisco Salazar González Página 99 7. CAMBIOS REALIZADOS EN EL MODELO REAL En el modelo real del kart del proyecto se han realizado una serie de cambios para mejorar su fiabilidad y su comportamiento. En primer lugar es necesario decir que dicho kart era un chasis abandonado con más de 20 años, que se ha intentado reparar y hacerle funcionar otra vez. El motor utilizado es de segunda mano. 7.1 Reparación, limpieza y pintura de los plásticos de protección. El color de los plásticos estaba muy desgastado y los agujeros presentaban irregularidades varias. ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE SUS COMPONENTES Francisco Salazar González Página 100 Ahora los agujeros se han rectificado con una lijadora, se han protegido con una goma negra, y se ha aplicado pintura blanca perlada a todos los plásticos. ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE SUS COMPONENTES Francisco Salazar González Página 101 7.2 Cambio de tornillos del kart. La mayoría de los tornillos y tuercas del kart estaban muy oxidados y en algunos casos la cabeza había perdido la forma. Todos ellos se han cambiado por tornillos nuevos con roscas autoblocantes para que no que se suelten con las vibraciones del kart. 7.3 Reparación de la sujeción del escape. El tubo de escape del kart no es el tubo original de su motor, sino que se ha comprado uno de segunda mano. Este nuevo escape no se ajusta en el apoyo original del antiguo tubo, por tanto se ha cambiado la pieza de sujeción y ahora está perfectamente amarrado. ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE SUS COMPONENTES Francisco Salazar González Página 102 El nuevo agarre incluye un silent block para minimizar el efecto de las vibraciones. 7.4 Reparación del motor de arranque. El motor de arranque falla debido al contacto de las escobillas con las delgas. Para su reparación se han comprado unas escobillas nuevas y se han cambiado por las antiguas que presentabas altos niveles de desgaste. ANTIGUAS ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE SUS COMPONENTES Francisco Salazar González Página 103 NUEVAS 7.5 Ajuste de la altura del chasis. Los pivotes de dirección, donde van sujetas las ruedas, están a diferente altura. El pivote derecho está 10mm más abajo que el izquierdo, de forma que cuando giramos el volante, la rueda derecha no toca el suelo. Para arreglarlo se llevó el kart a un taller, se sujetó el chasis con las uñas de una carretilla, se puso otra uña haciendo presión sobre el pivote derecho, y a golpe de martillo en frío se bajó la altura hasta quedar más o menos igualado. ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE SUS COMPONENTES Francisco Salazar González Página 104 7.5 Cambio de la sirga del acelerador y muelle. El kart en un principio carecía de sirga del acelerador, y hubo que comprar una nueva. Además también se ha introducido un muelle para asegurar el correcto retorno de la pieza del carburador de la que tira la sirga. ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE SUS COMPONENTES Francisco Salazar González Página 105 7.7 Cambio de rodamientos de dirección. Los rodamientos viejos están sucios y mal engrasados, además a uno le falta una tapa. Los nuevos ofrecen mayor suavidad para girar los pivotes de dirección. 7.8 Cambio de muelles de retorno de los pedales. Los muelles que venían con el kart estaban cedidos y apenas ejercían fuerza de retorno. Los nuevos dan mayor seguridad a la hora de conducir. ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE SUS COMPONENTES Francisco Salazar González Página 112 8.5 Dimensiones y peso ESPECIFICACIONES TÉCNICAS Dimensiones y especificaciones: Distancia entre los ejes: Mínimo 101 cm. Máximo. 107 cm. Vía: Como mínimo 2/3 de la distancia utilizada entre los ejes. Largo total máximo: 182 cm, sin carenado frontal y/o trasero. Ancho total: 140 cm máximo, salvo en KF-3: 136 cm máximo. Alto total: 65 cm máximo desde el suelo, asiento excluido. Ningún elemento debe sobrepasar el cuadrilátero formado por el carenado trasero y delantero y las ruedas. LASTRES Está permitido ajustar el peso del kart por medio de uno o varios lastres con la condición de que sean bloques sólidos fijados sobre el chasis o en el asiento, por medio de uno o más tornillos de diámetro mínimo de 6 mm. PARAGOLPES Son protecciones obligatorias delanteras, traseras y laterales. Estos parachoques deben ser de acero magnético. Deben estar homologados junto con las carrocerías. ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE SUS COMPONENTES Francisco Salazar González Página 113 8.6 Carrocería CARROCERÍA Deberá estar compuesto de dos pontones laterales, un carenado un panel frontal, y facultativamente de un carenado trasero (Ver dibujo técnico Nº 2 B). La carrocería deberá estar homologada por la CIK-FIA. La combinación de 3 elementos de carrocería homologados de diferentes marcas o modelos está autorizada. Los 2 pontones laterales deberán ser del mismo tipo y como conjunto único. Ningún elemento de la carrocería podrá ser usado como depósito de combustible o para la fijación del lastre. No se permite el corte de ningún elemento de la carrocería. ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE SUS COMPONENTES Francisco Salazar González Página 114 MATERIALES No metálicos; fibra de carbono, Kevlar y fibra de vidrio están prohibidos. Si se usa plástico, no debe ser posible astillarlo y no deberá tener ningún ángulo vivo como consecuencia de una rotura. 8.7 Transmisión Deberá siempre efectuarse sobre las ruedas traseras, el método es libre, pero todo tipo de diferencial está prohibido, ya sea por el eje, el cubo de la rueda o por cualquier otro medio. Dispositivo libre bajo reserva de no comportar diferencial. Todo dispositivo de lubricación de la cadena está prohibido, salvo que se trate de un sistema aprobado por la CIK. ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE SUS COMPONENTES Francisco Salazar González Página 115 8.8 Cubrecadenas Es obligatorio y deberá recubrir eficazmente el piñón y la corona hasta la altura del eje de la corona. 8.9 Suspensión Todo dispositivo de suspensión, elástico o articulado está prohibido. Elementos de suspensión mecánicos, hidráulicos o neumáticos están prohibidos en todo el kart. 8.10 Frenos Los frenos deben estar homologados por CIK-FIA. Excepto KF1. Podrán ser hidráulicos. El control de freno (la unión entre el pedal y la(s) bomba(s)) deberá ser doblado (si se usa un cable, deberá tener un diámetro mínimo de 1,8 mm y ser bloqueado con un aprieta cable de tipo arandela). Para las categorías sin caja de cambio, deberán funcionar en al menos ambas ruedas traseras simultáneamente. Los discos de carbono están prohibidos. 8.11 Dirección Debe estar accionada por un volante de sección circular. Con un perímetro continuo. Por razones de seguridad el volante no debe presentar ninguna parte angular. Todo dispositivo montado en el volante no deberá sobrepasar en más de 20 mm el plano que pasa por encima del volante y no debe presentar aristas vivas (Dibujo técnico No 8, en Anexos). Se prohíbe todo mando flexible por cable o cadena. ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE SUS COMPONENTES Francisco Salazar González Página 116 Todos los elementos de la dirección deben comportar un sistema de fijación ofreciendo toda seguridad (tuercas abulonadas, remachadas o autoblocantes). La columna de dirección debe tener un diámetro mínimo de 18 mm y un espesor mínimo de 1,8 mm. Debe estar montada con un sistema de clip de seguridad para la tuerca de sujeción del rodamiento inferior. 8.12 Asiento El asiento debe estar concebido de manera tal que el piloto esté eficazmente encajado, a fin de evitar deslizamientos delanteros o laterales en curvas o al frenar. ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE SUS COMPONENTES Francisco Salazar González Página 117 Además, todos los asientos deberían contar con un refuerzo de, nylon, acero o aluminio laminado en su punto de fijación a los soportes superiores de los asientos, entre soporte y asiento. Estos refuerzos deben tener un grosor mínimo de 1,5 mm y una superficie mínima de 13 cm2 o un mínimo de 40 mm. de diámetro. Todos los soportes deben estar atornillados o soldados en cada extremo y si no son usados, deberán ser retirados del chasis y del asiento. 8.13 Pedales Los pedales, cualquiera que sea su posición, no deberán nunca sobrepasar el chasis, paragolpes incluido, y deberán situarse delante de la bomba. 8.14 Acelerador El acelerador debe ser accionado por pedal, debiendo tener un muelle de retroceso. La conexión entre el pedal y el carburador será obligatoriamente mecánica. 8.15 Ruedas y neumáticos Las ruedas deben estar equipadas de neumáticos (con o sin cámara de aire). La utilización simultánea de neumáticos de distintas marcas o de slicks y neumáticos para lluvia en un mismo kart está prohibida bajo cualquier circunstancia. La fijación de las ruedas debe comportar un sistema de seguridad (tuercas abulonadas o autoblocantes). ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE SUS COMPONENTES Francisco Salazar González Página 118 LLANTAS El diámetro de la llanta debe ser como máximo de 5”. Todas las categorías. La utilización de llantas según el Reglamento CIK es obligatorio (Dibujo Técnico Nº 4). No está permitida la utilización de separadores o inserciones entre el neumático y el borde de apoyo de la llanta. NEUMÁTICOS Si en uno de estos homologados se efectúan recortes, separaciones o adiciones de diferentes huellas en los neumáticos, no serán considerados ya homologados. ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE SUS COMPONENTES Francisco Salazar González Página 119 Los neumáticos de tipo radial y asimétricos están prohibidos en todas las categorías. Neumáticos de 5” El diámetro máximo exterior del neumático delantero será de 280 mm. y el trasero de 300 mm. Para todos los neumáticos, el ancho máximo de una rueda trasera completa y montada (llanta y neumático) es de 215 mm. y el de la delantera, 135 mm., excepto indicación contraria en los reglamentos técnicos específicos. Estas dimensiones son máximos absolutos que deben poder ser controlados en todo momento de la competición. Neumáticos de 6” Los neumáticos de los kart del grupo 2, deben estar homologados. Sólo los neumáticos homologados marcados CIK/SK-ICE son autorizados para esta categoría. La anchura máxima de la llanta es 250 mm, y el máximo diámetro exterior es 350 mm. 8.16 Retenedores de neumático Sobre las ruedas delanteras y traseras es obligatorio el montaje de algún sistema de retención formado por un mínimo de 3 fijaciones situadas en la parte exterior de la llanta. Salvo indicación contraria en los reglamentos específicos de la categoría. 8.17 Motor El motor debe ser del tipo 2 tiempos sin compresor exterior, o cualquier sistema de sobrealimentación. ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE SUS COMPONENTES Francisco Salazar González Página 120 Los motores deber estar homologados y ser objeto de una ficha descriptiva llamada ficha de homologación. Todo sistema de inyección está prohibido. La pulverización de productos distintos del carburante está prohibida. El motor no deberá tener compresor ni sistema alguno de sobre alimentación. 8.18 Silencioso de aspiración Es obligatorio un silencioso de aspiración homologado y aprobado por la CIK-FIA en todas las categorías. Será de aplicación la tabla de silenciosos de aspiración homologados por la CIK para cada categoría especifica. 8.19 Escape El escape debe efectuarse detrás del piloto y no producirse a una altura superior a 45 cm. en relación al suelo. La salida del silencioso de escape cuyo diámetro externo deberá ser superior a 3 cm., y no debe exceder de los límites establecidos en los Art. 2.7.1 y 2.7.4. Está prohibido hacer pasar el escape de la forma que sea por la parte delantera o por el plano donde se inscribe el piloto sentado en su posición normal de conducción. Para todas las categorías, el escape debe ser de acero magnético. 8.20 Puesta en marcha y embrague El sistema de puesta en marcha es libre, y el embrague será de sistema en seco”. ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE SUS COMPONENTES Francisco Salazar González Página 121 Para los motores provistos de embrague centrífugo es obligatorio un sistema que permita el paro del motor, con un interruptor de fácil acceso desde el puesto de conducción. 8.21 Depósito de combustible Debe estar sólidamente fijado al chasis, sin que la sujeción tenga un carácter provisional, y concebido de tal manera que, sea por sí mismo o por tuberías de conexión (las cuales deben ser de material blando), no presente ningún riesgo de fuga durante la prueba, y no debe de ninguna manera constituir una parte de la carrocería. Sólo debe alimentar al motor bajo la presión atmosférica normal. Su capacidad será de 8 litros mínima. Es obligatorio situarlos entre los tubos principales y el marco por delante del asiento o por detrás del eje de rotación de las ruedas delanteras. En todas las categorías será obligatorio instalar un “Kit de depósito de combustible” (montaje rápido), salvo indicación contraria en el reglamento específico de la categoría. 8.22 Aceites Sólo se podrán utilizar aceites/lubricantes aprobados por la CIK/FIA. 8.23 Batería Sólo están autorizadas las baterías secas o de gel para el arranque exclusivamente, para alimentar la luz trasera roja, el encendido y la bomba de agua. Debe estar situada dentro del perímetro del chasis cuadro y sujeta a la bandeja inferior. ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE SUS COMPONENTES Francisco Salazar González Página 128 poder desmontarse sin el uso de herramientas cuando sean accesibles desde la posición de conducción del kart. 3. Protección de superficies calientes: Todas las piezas calientes del kart que se puedan tocar y que tengan una temperatura superficial de más de 58ºC, deben estar protegidas, de forma que el usuario del kart no pueda quemarse durante la conducción. 4. Cinturón de seguridad: Cuando exista, el cinturón debe ser de anclaje de 3 puntos o tipo tirante y debe estar homologado. Los anclajes inferiores del cinturón deben estar montados sólidamente en el bastidor y los superiores en el arco de seguridad. 5. Depósito de combustible: La capacidad del depósito no debe superar los 10 l. El depósito debe estar integrado en la zona cubierta por las protecciones, sin sobresalir del kart. Debe ser estanco, y debe superar el ensayo definido a continuación: “Se llena el depósito hasta su nivel máximo. Se mantiene volcado durante un minuto. Pasado este tiempo no debe producirse ninguna fuga superior a 3g/min.” 6. Tubo de combustible: Debe estar hecho de un material flexible de larga duración. Debe estar convenientemente sujeto para evitar que se suelte y debe estar guiado evitando zonas de posibles roces. No debe montarse por debajo del bastidor ni estar en contacto con partes a altas temperaturas. 7. Sistema de limitación de velocidad: El kart debe disponer de un sistema que permita limitar su velocidad máxima para adecuarla al circuito en el que se va a utilizar. 8. Paro de emergencia: Es recomendable la instalación de un pulsador de paro de emergencia del motor, en una zona no accesible para el conductor pero de fácil acceso para el monitor de la pista. ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE SUS COMPONENTES Francisco Salazar González Página 129 9.4 Otros requisitos según la clase de kart Los karts se clasifican dentro de diferentes categorías que dependen de la transmisión, de la potencia, el lugar de circulación, la edad de conducción y el límite de velocidad. Las clases de karts son las siguientes: - Clase A - Clase B - Clase infantil - Kart biplaza - Kart junior En este proyecto el tipo de kart que estamos analizando entra dentro de la clase B, la cual se describe a continuación: CLASE B • Transmisión directa o por embrague centrífugo. No debe existir caja de cambios manual aunque se permite el uso de un variador. • Potencia: hasta 15 CV. • Circulación: Los karts de clase B deben circular por pistas de categoría A y B. • Edad para conducción: de 12 años en adelante. • Límite de velocidad: 80 km/h. ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE SUS COMPONENTES Francisco Salazar González Página 130 10. CONCLUSIÓN El objeto de este proyecto es la descripción, modelado y análisis de los componentes más importantes de un kart, lo cual se ha llevado a cabo satisfactoriamente. Los elementos más importantes de un kart son: la dirección, el chasis, los neumáticos, el motor, y la cadena de trasmisión. Analizando la dirección gracias al programa Solidworks, se ha deducido el error cometido para cada ángulo de giro de las ruedas con respecto al ángulo teórico, y se ha podido seleccionar la configuración más adecuada y segura, que consiste en minimizar al máximo el error cometido para altas velocidades y giros pequeños. En el cálculo de los frenos demuestra que el kart cumple la normativa al tener una deceleración mayor de 4,4m/s 2 , y detenerse en una distancia menor de 17,91m con una velocidad inicial de 40km/h. Concretamente la deceleración es 5,3 m/s 2 y la distancia a la que se detiene por completo 11.62m. Como se ha comentado en el apartado 5.3 el kart carece de suspensión, ya que está prohibida por normativa, por ello se ha calculado la frecuencia de oscilación que aportan los neumáticos al kart. El resultado obtenido es una frecuencia de 29,05 hercios, muy superior a la frecuencia normal que poseen los automóviles estándar (<1 Hz). Esto quiere decir que la suspensión que aportan los neumáticos es casi inapreciable. También se han calculado las prestaciones del kart. Gracias a las curvas de potencia y par máximo se ha conseguido conocer datos como: la velocidad máxima que puede alcanzar el kart es de 73,5 km/h, la pendiente máxima superable por el kart es del 36%, la aceleración máxima es de 3,5 m/s 2 , el tiempo que tarda en alcanzar la velocidad máxima es de 7,18 segundos, y la distancia recorrida para alcanzarla es de 69 metros. ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE SUS COMPONENTES Francisco Salazar González Página 131 El modelado del kart en tres dimensiones en el programa Solidworks también ha permitido estudiar los análisis de resistencia y rigidez del chasis. Se ha elegido un coeficiente de seguridad de 1,5, y se han realizado 4 estudios diferentes. En todos los casos el chasis tiene la suficiente rigidez y resistencia necesaria para aguantar todos los esfuerzos que pueden estar presentes en una carrera. Por último se ha incluido un resumen de la normativa, comprobando que el kart cumple con todos los requisitos para estar homologado. ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE SUS COMPONENTES Francisco Salazar González Página 132 11. BIBLIOGRAFIA www.rfeda.es www.fada.es www.cikfia.com www.fia.com http://kartingmotor.galeon.com http://www.circuitolatorre.net/inicio-menus/localizacion.html http://www.kartingindoorzaragoza.com/vista/index.php?modulo=karting http://www.yumping.com/karting/zaragoza http://www.kartbuilding.net http://www.nagerkartshop.com/ http://www.circuitodetorremocha.es/tienda/catalog/ http://www.kartja.com/tiendas-kart-y-piezas-kart.html http://www.kartodromoaragon.com/index.htm http://www.habitamos.com/post/2889321/vendo_chasis_de_kart http://ciudadmurcia.olx.es/chasis-de-karts-iid-75247675 http://otros.casinuevo.net/_madrid_100615194512 http://www.mundoanuncio.com/anuncio/kart_yamaha_cc_perfecto_estad o_1213905171.html http://www.habitamos.com/post/6688244/kart_rotax_100_cm3_26_cv_all kart ANÁLISIS DE UN KART DE COMPETICIÓN Y DE SUS COMPONENTES Francisco Salazar González Página 133 “Cálculo de la cadena de transmisión y de las prestaciones del automóvil” Autor: Santiago Baselga “El sistema de dirección en vehículos de carretera” Autor: Santiago Baselga