Como
usar, como poner a punto y recomendaciones sobre que hacer y que no
con el Óxido Nitroso
Cuando iniciamos nuestra tarea en PowerZone, hace algo más
de un año y medio, nos propusimos como uno de los más
importantes objetivos el de dejar en claro algunos cuestionamientos
sobre temas como el uso del óxido nitroso u otros métodos
alternativos de potenciación. Hoy, a casi dos años de
aquella exitosa primera nota explicativa, nota que incluso ha sido
reproducida en varios sitios de Internet, es que encaramos un nuevo
artículo donde pretendemos responder algunas preguntas generadas
en este tiempo que llevamos juntos. |
Como
usar y poner a punto un sistema de Óxido Nitroso
El óxido nitroso es una de esas aplicaciones
tan útiles que nos ha dado la ciencia. Recordemos que
este gas fue descubierto en Inglaterra por accidente en el siglo
18 y que mucho más tarde (en las décadas del ´30
y `40) fue utilizado por los dentistas como un anestésico.
Durante la segunda guerra mundial los alemanes de la Luftwaffe
instalaron un sistema de inyección de óxido nitroso
en su flota de aviones Messerschmitt ME109, brindando a los
motores de 12 cilindros una considerable ventaja en velocidad
y poder de ascensión. Claro que más tarde se utilizaría
en aviones militares Norteamericanos, continuando su uso en
tiempos de paz, especialmente en carreras de hidroplanos y más
tarde en las carreras de aceleración o picadas. |
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A)
La química del Óxido Nitroso
La
expresión científica que identifica a este elemento
es N2O, lo que indica su composición de dos partes de
Nitrógeno por parte de Oxigeno. Por peso el Nitro esta
formado por un 50% de Oxigeno. Por comparación la atmósfera
terrestre posee un porcentaje menos rico, entorno al 21%. Debido
a la disociación del Nitrógeno y el Oxigeno durante
la combustión el Nitro esta también compuesto
por
un 50% de Oxigeno por volumen. En estas condiciones actúa
como un oxidante, ya que el gas por si mismo no se quema, lo
que hace es mejorar la combustión. |
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Cuando
ingresa a la cámara de combustión, con las altas
temperaturas que se alcanzan por la compresión y por
la quema de la mezcla de aire/combustible, el Óxido Nitroso
libera sus átomos de Oxigeno en el proceso de combustión.
En consecuencia se debe introducir más combustible para
evitar que la mezcla quede excesivamente pobre, por la que podemos
llegar a destruir el motor.
Las
propiedades provistas por el Óxido Nitroso para aumentar
el poder son numerosas. El efecto refrigerante de la combustión
es uno de ellos ya que el liquido comprimido en el tanque experimenta
una gran caída de presión al ser liberado (de
entre 750 a 925 Psi, según la temperatura en la que se
encuentre, a la presión atmosférica de 14.7 Psi).
Al expandirse rápidamente el líquido pasa al estado
gaseoso con una inmediata caída en su temperatura. Ya
de por si esta drástica caída en la temperatura
afecta favorablemente al sistema de admisión del motor,
creando una carga de admisión más densa. Basta
que recordemos que el gas enfría la mezcla que ingresa
al cilindro, por tanto, al estar más comprimidas en el
mismo lugar y en un mismo tiempo pueden entrar más moléculas
de combustible, aire y Nitro.
Teóricamente el radio ideal de mezcla entre el Óxido
Nitroso y el combustible es de 9.6:1. En la practica la mayoría
de los sistemas comercializados ofrecen un margen de seguridad
pre- |
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| establecido
(contra condiciones de mezcla pobre) al suplir un radio más
rico del requerido de aproximadamente 8:1. En aplicaciones reservadas
para la competición estos números trabajan más
cerca del 4:1 ya que el proceso de combustión acelerada
provista por el Nitro produce un tremendo aumento en la temperatura
e increíblemente una mezcla súper rica ayuda a
enfriar la tapa de cilindros, el bloque, los pistones, etc. |
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Al
calentarse, el Nitrógeno es un agente que proporciona
oxigeno y que cuyos restos en la cámara de combustión
ayudan a retardar el movimiento del frente de la flama de
esta. Esto resulta en una entrega de poder más suave
y en contra de que se puede pensar este efecto suavizante,
que esta asociado al aumento de la potencia y el torque, puede
llegar a mejorar la vida de las partes internas de nuestro
motor.
B)
Composición del sistema Nitroso
En nuestra primera entrega sobre este tema detallamos los
distintos tipos de sistemas que hoy podemos encontrar, esta
nota aún esta disponible en PowerZone, por lo que te
recomendamos leerla para tener un panorama más completo.
Los sistemas de Nitro son comercializados en forma de kit
que aseguran una potencia extra variable entre 50 y 300 Hp
“atornillables” a nuestro motor, sin que este
tenga que sufrir grandes modificaciones. Como es lógico
el riesgo aumenta con la dosis aplicada, en especial en motores
pequeños, donde no seria seguro triplicar la potencia
original. Ya para aplicaciones muy ambiciosas tendremos que
pensar en un juego de pistones y hasta un cigüeñal
forjado, en lugar de |
los
elementos originales.
El Óxido Nitroso pasa de su estado líquido, almacenado
en la botella o tanque de alta presión, al estado gaseoso
cuando se expande rápidamente por las cañerías
conectadas a la admisión donde este cambio de estado
finaliza. |
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Esta operación puede ser controlada por el conductor,
por un elemento de comando, de “timer” o por solenoides
eléctricos operados en función de la posición
del acelerador, que en este caso funcionan al margen de que
el flujo de la botella este activado o no.
La inyección del Nitro se lleva a cabo a través
de boquillas específicas que hasta pueden poseer la capacidad
de ser ajustables o de tener pasajes intercambiables. Los sistemas
están pensados para abastecer a los cilindros a traves
de aperturas en el múltiple de admisión o en sistemas
más dedicados en la propia tapa de cilindros. También
podemos encontrar un sistema muy popular que consta de un tubo
de dispersión montado en una platina bajo el carburador,
todo depende de las características del motor al que
se le instale el sistema. En motores a inyección es común
ver que la alimentación de Nitro se de en la admisión,
a la altura del múltiple y luego del cuerpo de aceleración. |
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Estos serian los sistemas comercialmente más utilizados
y populares, por lo que también son los más accesibles
de instalar y en caso de que sea necesario también son
los más sencillos de remover.
La inyección del Nitro (rica en oxigeno) dentro del motor
se puede dar solo acompañada de un aumento adicional
del suministro de combustible, provisto en muchos casos por
un sistema auxiliar al original. La mayoría de los sistemas
comerciales se limitan a colocar una desviación o “T”
en la línea de combustible presurizada en algún
lugar entre la bomba de combustible (mecánica o eléctrica)
y la platina de alimentación del motor, sea a inyección
o carburador.
El flujo es gobernado por una válvula selenoide eléctrica
que es similar a la que controla el flujo del Nitro. En los
sistemas de inyección de combustible del tipo original,
este enriquecimiento puede ejercerse por medio de los inyectores
de combustible (reprogramación del controlador, puesta
a punto del ciclo de funcionamiento, etc.). |
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C)
Los Selenoides
Alimentar un motor con una dosis presurizada de óxido
nitroso y combustible es una proposición del tipo “todo
o nada”. Las válvulas eléctricas (o selenoides)
son especialmente usadas para estas aplicaciones ya que pueden
hacer frente a la operación On / Off del sistema, por
lo que están específicamente diseñadas
para este trabajo. La capacidad del sistema Nitroso esta primariamente
dada en función del tamaño de los pasajes de estos
selenoides, así como de las dimensiones de las boquillas
o barras de spray utilizadas.
Los selenoides son especialmente calibrados y configurados por
los fabricantes por lo que otros, pensados para diferentes usos,
simplemente no pueden realizar este trabajo. Cabe aclarar que
ni siquiera los selenoides para combustible y Nitro son intercambiables
entre si ya que sus avanzadas técnicas de fabricación
y los avanzados materiales usados los obligan a trabajar solo
con la sustancia para la que fueron pensados. |
Estos
selenoides están pensados para absorber un amperaje muy
bajo, a pesar de que tienen que ser de actuación muy
rápida y poderosa, para poder vencer así las presiones
del gas sobre el funcionamiento de su válvula.
Por causa de que la presión en la botella sube en función
de que la temperatura alrededor de esta también lo haga,
un selenoide nitroso normalmente tiene que trabajar con una
presión en la línea que excede a las 1000 Psi.
Incluso hay sistemas de calefacción de botellas, cuyo
fin es mantener una temperatura que asegure una operación
de entrega superior a los 1000 psi, por la que el sistema obtiene
su máxima eficiencia. Si enfriamos la botella podemos
ver que la presión de salida del gas puede caer a 300
Psi, por lo que lograríamos perder buena parte del potencial
poder entregado. |
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El
selenoide de combustible en cambio esta pensado para trabajar
con una presión de entre las 4 y 8 Psi encontradas en
la línea de un motor a carburador y hasta las 40 Psi
de un sistema de inyección electrónica.
En los sistemas de competición más complicados
o completos podemos encontrar que son utilizados múltiples
selenoides (muchas veces combinados con múltiples platinas
e inyectores), lo que brinda la opción de disponer de
varias etapas de inyección, logrando así un uso
más progresivo del Nitro, lo que evita “quemar”
innecesariamente las cubiertas.
Los fabricantes construyen y calibran las válvulas de
sus selenoides para trabajar en un ambiente de presión
específico, por lo tanto es recomendable que se instale
una bomba de combustible de alta capacidad y un regulador de
presión de combustible que preferentemente sea ajustable
y que este colocado cerca de este selenoide. Otra recomendación
importante recae en el uso de un reloj para chequear la presión
de combustible y con el cual
|
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| podemos
monitorear su crítica condición de entrega, debiéndose
observar un flujo más bien dinámico que estático. |
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D)
La Botella
La botella es un tanque especifico para el Nitro donde este
se almacena bajo la capacidad de soportar una presión
interior de 3000 Psi (únicamente alcanzable por un tremendo
incendio). Estas botellas son realizadas en aluminio, lo que
ofrece una mejor resistencia a la corrosión y un bajo
peso. Encima de estas podemos encontrar una válvula de
seguridad que se abre para purgar el contenido si la presión
interior excediese los 3000 Psi (en algunos reglamentos de categorías
americanas es obligatorio que ante una emergencia este flujo
este dirigido fuera del auto).
Por los peligros inherentes a la salud los proveedores de Nitro
han desarrollado una versión especial de este gas/liquido
pensada para aplicaciones no medicinales. Lanzada a mediados
de los años ´80, cuando la popularidad del Nitro
se hizo cada vez más notoria, esta formula contiene un
pequeño agregado de Dióxido de Sulfuro (en una
relación de 1.000 a 1 de N2O a SO2). En promedio general
un sistema de 100 Hp para un motor V8 |
| rinde
unos tres pases de ¼ de milla, manteniendo un flujo correctamente
presurizado desde una botella pequeña. |
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E)
Utilización de un sistema Nitroso
Instalar un equipo de Nitro es una tarea que se puede desarrollar
utilizando solo herramientas de mano, pero deberemos tomar precauciones
muy importantes, referidas a la alta calidad de los materiales
utilizados para canalizar el flujo hasta el motor.
Los caños de alta calidad que resistan los efectos corrosivos
del Nitro y con altos valores de resistencia al fuego son algo
elemental a tener en cuenta. Los diámetros de estas líneas
estarán dictados por el volumen de cada kit y por seguridad
todas las líneas deberán ser colocadas fuera del
habitáculo de los pasajeros. La prolijidad de instalación
y el cumplir con todo el proceso resulta crítico para
lograr la máxima seguridad, por lo que también
se recomienda utilizar filtros en línea de alto grado.
Para mantener la presión de entrega constante todas las
conexiones deberán ser tratadas con Loctite |
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removible, lo que nos asegurara una operación sin perdidas.
El costo es objeto de definición, ya que varias discusiones
se pueden realizar en base a que este sistema es o no más
rentable que otros métodos de potenciación. A
un kit básico debemos agregar un calentador para la botella
(lo que mejora sensiblemente la performance del sistema, en
especial durante el invierno), un reloj de presión de
combustible y es razonable incluir apagadores automáticos
para el motor, necesarios para el caso de que se detecte una
baja presión de combustible o aceite, lo que deberá
agregarse al costo inicial. Otra fuente de costo extra puede
deberse a la instalación de un sistema de purga de Nitro,
lo que requiere una cañería y un selenoide separados
para tal fin. Si bien se incrementa el costo inicial es de esperar
un rendimiento más consistente del sistema a cambio de
gastar algo más de Gas. |
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F)
Puesta a punto del sistema Nitroso
Convenientemente aplicado un sistema Nitroso actual puede doblar
el poder del motor. Si encima este motor ha sido ensamblado
cuidadosamente para este fin, utilizando partes bien combinadas
y el combustible de la mejor calidad disponible, podemos pensar
en alcanzar algún día a la rentabilidad con la
que se lo usa en Norteamérica, donde los Funny Cars,
Dragsters y autos de doble uso (pista/calle) alcanzan performances
asombrosas gracias a este elemento.
La puesta a punto es especialmente crítica, ya que depende
muchísimo de la entrega de combustible y del sistema
de encendido. Debemos recordar que la entrega de poder también
esta encadenada a otro factor muy importante y que muchas |
| veces
es desconocido, este recae sobre la presión de la botella
así como su temperatura que es de tanta importancia como
lo es el volumen y la presión del combustible entregado.
Es necesario advertir que una botella de Nitro no debe ser calentada
nunca con una llama abierta, el uso de calentadores para la
o las botellas es ideal para mantener una temperatura más
constante y por ende una presión estable. Otra aclaración
importante se refiere a que a medida que la botella de Nitro
se vacía la presión de entrega también
cae, por ello en las instalaciones más profesionales
se utilizan dos o más botellas que aseguran un volumen
de suministro constante. |
|
La
presión de combustible estática tiene poco que
ver con la dinámica, por ello debemos tener un mínimo
de 5 Psi bajo máxima aceleración. Para brindar
las serias cantidades de combustible necesarias en una aplicación
de alta potencia se hace necesaria una bomba de combustible
auxiliar o un sistema auxiliar completo.
Como en todo motor de combustión interna el poder entregado
esta en directa relación con presión efectiva
producida al freno en cada cilindro. Esta presión se
produce como resultado directo de la energía liberada
por la combustión de la mezcla de aire y combustible.
Cualquier modificación que se realice a un motor para
incrementar la cantidad o calidad de esta entrega de energía
representara un aumento en el valor de esta potencia efectiva
al freno, lo que es valido tanto para un motor nitroso |
 |
como
para uno que no use este gas. Al elevarse este valor en las
presiones dentro del cilindro vemos que también hay un
aumento importante de los niveles térmicos.
Por ello se recomienda que trabajemos con motores que puedan
absorber estas cargas extra.
El duro ambiente dentro y cerca de las cámaras de combustión
obligan a que el sellado entre la tapa de cilindros y el bloque
motor sea excelente. |
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Es
necesario disponer de juntas de primera calidad, tomando recaudos
similares a los realizables cuando se adiciona un turbo o un
súper cargador.
La atención puesta para hermanar estas superficies, así
como el cuidado de seguir una correcta secuencia de torque se
hacen imprescindibles. En aplicaciones extremas se puede recurrir
hasta el uso de “O-rings” para sellar de la mejor
manera a los cilindros.
A pesar de que existen excepciones, al Nitro no le gustan los
pistones de aleación de aluminio encontrados en los motores
de serie. Aunque si bien pueden adaptarse pistones para que
sobrevivan si pensamos agregar una generosa dosis de Nitro es
imprescindible que se utilicen pistones de aleación forjada,
preferentemente con una ubicación de aros más
baja que la original. Con un montaje del primer aro algo más
bajo ayudamos a que estos puedan soportar de mejor manera al
aumento en la presión y temperatura, aliviando también
a la superficie superior y al domo del pistón. En condiciones
extremas de temperatura se limita la entrega de poder del motor,
lo que lleva al deterioro estructural del bloque y tapa de cilindros
o a la detonación. De hecho, las más serias aplicaciones
son basadas en conjuntos forjados de pistones, bielas y cigüeñal.
Por causa de las altas presiones encontradas durante la combustión,
un motor que es alimentado por Nitro se beneficia si el árbol
de levas le permite disponer de una mayor duración de
eventos que en un motor “normal”.
Por ejemplo el cruce de válvulas no puede ser muy corto
ya que corre el riesgo de suceder muy pronto o muy tarde con
respecto a la posición del cigüeñal. Esta
situación puede llevar a un exceso en la presión
efectiva en los cilindros, con la |
| consiguiente
perdida de seguridad operativa. La elevada presión de
combustión encontrada en los motores nitrosos generalmente
llevan a que tengamos que disponer de un árbol de levas
con un cruce ligeramente mayor (o sea con más apertura
entre los lóbulos) al de un motor estándar. Si
se abre la válvula de admisión muy pronto se produce
un efecto de reversión del flujo del escape aun saliente,
lo que contamina a la mezcla entrante. Por causa de que el uso
del Nitro genera más gases de desecho es razonable que
la fase de escape sea unos 10 o 15 grados más larga,
dando tiempo para evacuarlos correctamente. |
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Específicamente se sugiere que la válvula de escape
abra antes en lugar de que cierre más tarde, dado que
la combustión con el Nitro es más rápida
y los gases están prontos para ser evacuados un poco
antes. En Norteamérica hay empresas que comercializan
levas con diagramas específicos para el uso de Nitro,
aunque para los motores que tradicionalmente se preparan por
estos lados ya es más difícil de conseguir un
elemento tan puntual.
Estos mismos factores pueden aplicarse a las cámaras
de combustión ya que en aquellas tapas que tengan un
diseño de alta turbulencia, con quema lenta y efecto
“quench”, se pueden crear zonas que muestran picos
de presión muy altos. Esto no sucede en los diseños
sin efecto “quench”, por ejemplo las verdaderamente
hemisféricas, ya que se adaptan mucho mejor a estas condiciones.
Es bueno aclarar que los motores con Nitro generalmente responden
igual a como lo hace un motor estándar cuando se retrabaja
el flujo de la o las tapas de cilindro. |
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Es más, el Nitro tiene afinidad por los volúmenes
mayores a los normales en los pasajes de escape.
A pesar de que cualquier equipo de Nitro ofrece un potencial
excelente de mejora, la manera en que controlan la distribución
a través de las boquillas es realmente crítica
y hace la principal diferencia. Los sistemas con una platina
bajo el carburador de alguna manera están limitados para
una pareja distribución para cada cilindro, especialmente
en un motor de máxima performance. Los sistemas de inyección
multipunto que respiran en un ambiente seco (solo aire) ofrecen
una ligera ventaja de distribución del flujo de Nitro
con respecto a los sistemas de carburador o inyección
con cuerpo de aceleración (el famoso “throttle
body”), donde la admisión es “mojada”,
es decir con mezcla de aire/combustible en el sistema. |
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Afortunadamente
cualquier forma de inyección de Nitro lleva a que tengamos
unas temperaturas de escape muy parejas. A altas Rpm la temperatura
de los gases de escape tiende a ser muy pareja entre una salida
y otra. Esto es especialmente atribuido a la eficiencia de los
inyectores y es una de las razones por la que es posible un
desempeño superior amparado en la inyección de
boquillas individuales, cuando la comparamos con los sistemas
de platina bajo el carburador. La ecualización en la
temperatura de las salidas de escape también significa
que la atomización del combustible es muy buena. Esta
excelente atomización es combinada con una inmejorable
calidad de distribución, lo que resulta en una potencia
menos destructiva para el motor nitroso, en especial al compararlo
con otro de similares características que no utilice
Nitro y que alcance un nivel de potencia similar gracias a técnicas
más tradicionales. |
Una
muy buena puesta a punto es esencial para el buen funcionamiento
de cualquier sistema de Nitro. En especial para asegurarnos
una alta longevidad y entrega de potencia del motor. Por ello
el sistema de encendido debe estar en óptimas condiciones
y ser capaz de entregar la suficiente energía para el
salto de chipa en las bujías, que a su vez inflamaran
la mezcla bajo la elevada presión que produce el Nitro
dentro de los cilindros.
El grado térmico de las bujías utilizadas deberá
ser más frió que el normal, obteniendo así
la coloración apropiada de su porcelana y por el cual
observaremos una correcta lectura en el electrodo de masa. |
|
El chequeo regular cilindro a cilindro determinara las necesidades
especificas de cada uno sobre su correspondiente bujía
en las variables condiciones de operación.
Las propiedades de enfriamiento inherentes al Nitro logran que
este tienda a suprimir el efecto de detonación, pero
debemos recordar que una excesiva puesta a punto del encendido
nos hará perder potencia y podemos llegar al extremo
de que una ignición sobre avanzada logre la auto destrucción
del motor. Por causa de que el Nitro acelera el grado de deflagración
de la mezcla cuanto más Nitro ingrese al cilindro más
deberemos retrasar el encendido. En aplicaciones con Nitro normalmente
aspiradas (o sea sin turbo) con 2 grados de atraso total estaríamos
haciendo frente de la mejor manera a un incremento de 100 Hp
adicionados por la inyección de este gas. En general
un kit de 100 Hp de Nitro es tolerable con una puesta a punto
de encendido con el avance total sin modificar, pero ya con
un incremento de 100-150 Hp son muy recomendables los 2 grados
de atraso. Para absorber la potencia de los equipos de 150-200
Hp son imprescindibles los 2 grados de atraso, mientras que
los más radicales de 200 a 325 Hp reciben 4 grados de
atraso. Para agregar seguridad en el uso inicial de cualquier
equipo de Óxido Nitroso es aconsejable otro atraso de
2 grados adicionales en la puesta a punto inicial, especialmente
para las primeras pasadas de prueba.
Para el uso en competición o en aplicaciones de calle
muy |
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serias,
donde se utilizan además del Nitro a otros métodos
de potencia como turbos o súpercargadores, es normal
encontrar un sistema auxiliar para el manejo de la ignición.
Hoy día se pueden encontrar módulos que permiten
ajustar el encendido desde el interior de nuestro auto, tal
es el caso de los productos ofrecidos por empresas de renombre
mundial como MSD, Ford SVO, Jacobs o incluso el ofrecido por
ACCEL que modifica los especiales parámetros del encendido
y el combustible necesarios para el correcto funcionamiento
de un motor Nitroso.
En general estas aplicaciones de turbo o súpercargador
presentan una presión positiva dentro de zona de la admisión,
por ello tanto el gas como el combustible son conectados por
encima de estos elementos de potenciación, ya que seria
imposible para la bomba de combustible poder vencer la presión
para forzar la entrada dentro del motor. No hace falta mencionar
que sin ese combustible las condiciones ultra pobres de la combustión
determinaran el estallido de nuestro motor. |
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G)
Los efectos
Este tema es muy amplío ya que cada aplicación
es diferente, cada sistema de inyección puede responder
de mejor o peor manera a un emplazamiento determinado de los
componentes necesarios para el uso del Nitro y hay mucho sobre
lo que hay que experimentar para poder aprender. Buena parte
del éxito depende de la base sobre la que se trabaja,
muchos fabricantes anuncian valores de potencia a sus kits que
indican un nivel general de performance que esta sujeto a la
respuesta que ofrecen los distintos motores. En muchas instancias
un motor estándar mostrara una mejora más importante
en su performance que uno que este medianamente modificado.
Por otra parte un motor ya preparado para la más grande
exigencia en competición puede ser mejorado a un grado
significativamente mayor de lo que podría alcanzarse
con un motor de serie.
Al margen de las consideraciones básicas expuestas en
este informe, los métodos para extraer una potencia extra
rentable a un motor sin Nitro (en base a la respiración
eficiente y excelentes sistemas de encendido y lubricación)
son también aplicables a un motor “con botella”.
Más allá de las piezas involucradas en el armado
del motor es una excelente medida la de consultar a fondo al
fabricante del equipo para así poder seleccionar los
componentes ideales, los que sean conocidos por entregar la
mayor dosis de poder en la manera que sea más segura.
Otro detalle importante es no subestimar tus necesidades. Es
preferible que te tomes el tiempo necesario para consultar sobre
los componentes necesarios para tu aplicación, ya que
así las chances de lograr una performance más
que satisfactoria |
| se
multiplican. Esperamos que esta nota te aclare un poco más
el panorama sobre este apasionante tema de potenciación,
claro esta que no será la última sobre el tema,
ya que con el tiempo adicionaremos más material útil
a PowerZone. Esta todo dicho, así que ahora es mejor
que se pongan a trabajar sobre sus futuras instalaciones… |
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| Imágenes
y planos de interes |
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