TUBOS DE ESCAPE EN F1 PARTE 3: ESCAPES DE HELMHOLTZ

Bueno amigos, hoy toca la tercera entrega de los artículos sobre los tubos de escapes utilizados en la F1. Hoy voy a centrarme en la configuración de los tubos y en un elemento que mencioné en artículos anteriores aunque pase de puntillas sobre ellos. Hoy le toca el turno al Escape de Helmholtz y merece dedicarle un artículo propio debido a la gran importancia que tiene en el rendimiento general del sistema, aunque realmente hay que llamarlo resonador de Helmholtz ya que es eso, un resonador.

Recordamos que el sistema de escape juega un papel crucial en el rendimiento del motor, y hace mucho más que expulsar los gases del motor tras la combustión. Comenté que un tubo de escape a nivel de competición funciona más como un “instrumento musical” que como un evacuador de gases ya que utiliza las propiedades acústicas para mejorar el rendimiento de la salida de los gases, utilizando las ondas sonoras para hacerlo. Una vez repasado algunos conceptos, vamos al lío.
Esta tipo de escape no es nuevo, se utilizan en las motocicletas desde hace mucho tiempo pero en la F1, que sepamos desde hace un par de años en el equipo Red Bull.
¿Qué es un resonador de Helmholtz? Bien, este elemento es un tubo ciego, es decir con un solo punto de entrada que también se utiliza para la salida que se instala en los tubos de escape que se pueden acumular los gases de escape cuando la presión es alta en el tubo de escape. A continuación, puede liberar los gases de nuevo cuando el piloto desacelera, de ahí las diferencias de presión que se producen en el tubo de escape. Un nuevo intento de obtener un flujo de escape más constante – y por lo tanto, una parte trasera con carga aerodinámica en el difusor.

Pero esta no es la función principal, es solo el medio para conseguir lo deseado
¿Cuál es su función? Su papel es mejorar el escape, facilitar el vaciado de los cilindros en gases quemados y mejorar el relleno gracias al efecto Kadenacy que veremos posteriormente. Más claramente, esto mejora el par.
¿Cómo funcionan? Los resonadores son funcionalmente similares a los silenciadores, pero existe para un propósito diferente. Un resonador es esencialmente un silenciador diseñado para reducir el sonido sólo en un determinado rango de frecuencias en lugar de reducir el volumen general del sonido. Piense en su sistema de escape como si fuera un equipo de música, si el silenciador principal es el control de volumen, el resonador es un ecualizador gráfico.
Por tanto, el resonador de Helmholtz utilizar una serie de tubos, cavidades y los compartimientos para rebotar el sonido alrededor y cancelar ciertas frecuencias. Esa es la clave. Como dije en anteriores artículos el escape se fabricaba para que tenga un rendimiento óptimo para unas revoluciones determinadas y para ello la “nota” del tubo de escape, como si de un instrumento musical se tratara tiene que ser afinado para sonar bien. Para que esté bien afinado, hay que quitar las frecuencias indeseables para que suene lo mejor posible. Pues nada amigos, para eso se utiliza.

 Resonadores de Helmholtz son muy eficaces, pero tienen un rango muy estrecho de control de frecuencia, que los hace más adecuados como un dispositivo de control de sonido adicional. Esta pieza actúa mediante absorción para amortiguar en el intervalo de frecuencias propias a eliminar pero también se utiliza como un resonador de circulación, consiguiendo amplifica su frecuencia propia “buenas”.  Así, al alterar el volumen del tubo de cerrado, se puede alterar eficazmente el rango de sintonización a las RPM deseadas que sea más beneficiosa por el efecto de resonancia o con el mismo proceso anula las ondas de presión que son más perjudiciales.
Por tanto, los gases que circulan por el escape vibrar a una frecuencia específica en función de la velocidad del motor. En cada explosión en el pistón y gracias a la apertura y el cierre de las  válvulas, dentro del tubo se genera una columna pulsante de gases de escape, con picos y valles periódicos de presión. Así pues, se descubrió que  si un motor gira a unas revoluciones (RPM) de manera que la frecuencia de explosiones coincide con la frecuencia natural del sistema de escape, es decir con su "nota" se crea una resonancia dentro de la tubería y para eliminar las frecuencias que pueden bajar el rendimiento se instala el escape de Helmholtz para poder filtrarlas.
Bien, una vez claro esto hay voy a explicar la tercera función que tiene este tubo. Cuando se crea un sistema de escape se pretende hacer dos cosas, facilitar la salida de los gases a la atmósfera ya que a través de tubo viajan tanto las ondas de sonido como los gases de escape utilizando el aumento de la amplitud de las ondas sonoras originado por la resonancia interna del escape para “empujan” hacia el exterior a los gases y por tanto mejora el rendimiento pero también para mejorar la admisión y ahí donde entra en juego el llamado “efecto Kadenacy”.

Este efecto ya lo describí en el primer artículo de la serie pero no lo nombré. En términos simples, el impulso de los gases de escape que salen del cilindro de un motor de combustión interna crea una caída de presión en el cilindro (un vacío dentro del cilindro) que ayuda el flujo de una carga fresca de aire, o de la mezcla de combustible-aire, en el cilindro. El objetivo del diseñador del motor es crear esa presión negativa en la válvula de escape durante el período de solapamiento cuando ambas válvulas de escape y de admisión están abiertas. De forma sencilla, se pretende que la zona de valle de la onda,  donde se genera el vacío, coincida en posición y frecuencia con la salida de los gases del pistón para que los gases sean absorbidos por el escape salgan más fácilmente y de forma más rápida. El efecto se puede maximizar mediante un diseño cuidadoso de los pasajes de admisión y de escape. En esencia, el diseño de las dimensiones y la posición del cambiador de escape puede ayudar a la compactación de los gases de los cilindros, aumentar la caída de presión y el área de la válvula de escape dentro de un rango determinado de RPM pero ojo, dentro de un rango, si queremos que sea efectivo con altas revoluciones no sincronizará en las  bajas. Por tanto, no puede ser en las dos a la vez.