Medidor de flujo de combustible - Caudalímetro


Un caudalímetro es un instrumento para la medición del caudal o el volumen de un fluido (líquido o gas) que pasa a través de un tubo. Es un aparato muy común, todos tenéis al menos cuatro o cinco en casa. El más conocido es el famoso contador del agua o del gas aunque también los encontramos en muchos electrodomésticos. En los lavavajillas hay uno y tiene como función controlar la cantidad justa de agua que tiene que entrar en la zona de lavado en cada momento para que los platos queden bien limpios. Estos dispositivos suelen colocarse en línea con la tubería que transporta el fluido.

Existen muchos tipos dependiendo del mecanismo que se encarga de la medición. Los más simples son los visuales y los usados en los contadores de agua que tienen dentro un pequeño molino. Los más sofisticados usan métodos electrónicos, magnéticos, diferenciales de presión. La FIA decidió utilizar los medidores de flujo ultrasónicos por su precisión, por no alterar el tránsito del flujo con su medición y por la capacidad de resistencia en condiciones de trabajo extremo que pueden encontrar en un F1. Como sabemos, los F1 generan elevadas fuerzas G, altas temperaturas, fuertes vibraciones, etc. Vamos a conocer estos ingenios un poco más a fondo.

¿CÓMO FUNCIONA?

El funcionamiento es muy "sencillo". El dispositivo tiene forma de tubo al que le han colocado una entrada y una salida para que pueda circular la gasolina. En su interior hay colocados dos transductores que funcionan a la vez como transmisores y receptores ultrasónicos, es decir, pueden emitir y captar los pulsos de ultrasonidos.

Posiblemente sea la primera vez que hayamos oído la palabra transductor. Sin embargo, el artilugio es más habitual de lo que parece y sirven para transformar o convertir un determinado tipo de energía de entrada en otra diferente de salida. Con un ejemplo lo comprenderéis mejor. Un micrófono es un transductor electroacústico que convierte la energía acústica (vibraciones sonoras: oscilaciones en la presión del aire) en energía eléctrica (variaciones de voltaje). Así, nuestro medidor de flujo convierte los ultrasonidos en electricidad y viceversa.

¿Cómo hacen la medición? Bien, primero uno de los dos transductores manda una señal de ultrasonido al interior del tubo que rebota en la pared interna y es recibida por el otro. Esta señal de ultrasonidos es transformada en una señal eléctrica que es enviada a un módulo de control. Una vez que ha recibido la señal, el segundo hace la misma operación. Envía una señal al primero que actúa de la misma forma. Por tanto los medidores de flujo lo que hacen es transmitir y recibir alternativamente ráfagas de frecuencia de ultrasonidos cuando la gasolina está circulando.

¿Cómo se consigue saber a qué velocidad circula? Se consigue calculando la diferencia de tiempo que emplea el pulso en llegar a cada destino. Igual que le sucede a una barca cuando baja el río empujada por la corriente, la señal de ultrasonidos aumenta su velocidad cuando viaja en la misma dirección del flujo del fluido y es más lenta cuando lo hace contra del flujo. Esa diferencia de tiempo es la que determina a qué velocidad circula la gasolina.

Os pondré el caso más simple que se puede dar. Imaginemos que no circula líquido por el medidor. Al estar en reposo el flujo, las dos señales tardarían el mismo tiempo en llegar a su destino. A medida que aumentemos la velocidad del flujo, mayor será la diferencia de tiempo entre las dos señales.

El medidor de flujo de combustible utilizado en la F1 utiliza una tecnología muy probada y puede detectar tasa de flujo de combustible hasta 8 litros por minuto. Su función es más compleja ya que no sólo es capaz de controlar las variaciones de velocidad del flujo sino también su dirección, la temperatura del combustible y el consumo acumulado.

Las ventajas de este sistema son muchas. Al no tener partes móviles en la trayectoria de flujo, como los medidores de turbina, se evita la posibilidad de que se origine un taponamiento. La medición se desarrolla independiente del tipo de flujo y/o sus parámetros, pero hay un dato que le hace ser insuperable, la precisión llega hasta 0.05% del rango del flujo medido, significativamente mejor que otros medidores, haciendo que sea el más usado tanto por las empresas distribuidoras de agua y sobre todo en la industria. La FIA ha sido menos exigente en este aspecto, marcando los límites en un +/- 0.5% algo normal conociendo el estrés que sufren estos aparatos montados en un F1.

Como veremos, la necesidad de utilizar estos aparatos es importante. La creencia general es que se utiliza sólo para medir el caudal pero tiene múltiples funciones. La FIA no puso ninguna limitación a la hora de fijar el volumen de los depósitos a los equipos. Cada cual lo podía hacer tan grande como quisiera, eso sí, la diferencia entre el combustible que hay en el coche desde que se pone el semáforo en verde hasta que cruce la bandera a cuadros tiene que ser como máximo de 100 kilos y la única manera de conocer ese consumo es con el caudalímetro, gracias a su capacidad de medir el consumo acumulado. Para evitar la posible picaresca de algún listo que pueda alterar el aparato y por tanto las medidas, el ordenador del coche muestrea el caudal de gasolina en cada instante y lo compara con las revoluciones del motor y el retorno de combustible no inyectado al depósito (la bomba inyectora siempre genera más caudal que el que reciben los inyectores), evitando así posibles ilegalidades.

Sobre el límite de 100 kg/h, podían existir dudas sobre la necesidad de dicha limitación. Con esta medida la FIA evitaba que los equipos diseñaran motores que fueran muy potentes cuando alcanzaran el máximo régimen de giro como la vigente ahora de 15.000 rpm. Estos motores serían muy eficaces en calificación cuando hay gasolina de sobra para gastar pero estarían capados en carrera debido a la limitación en el consumo, salvo en las contadas ocasiones que se vieran presionados por la competencia y dispondrían de esos picos de potencia para poder defenderse.

Como es normal, todos los motoristas han diseñado sus unidades de tal forma que dan su máxima potencia en torno a las 10.500 rpm, nivel de revoluciones que coincide cuando se suministra al motor el caudal tope de 100 Kg/h. Ojo, no es una medida fija, cada fabricante ha marcado su filosofía y sólo ellos la saben. Quiere decir esto que puede suceder que Mercedes alcance dicho tope de potencia a 11.000 rpm y Ferrari lo haga a 10.700 rpm.

Como hemos visto, los sensores de caudal de la FIA son utilizados para obtener datos de todos estos parámetros para ser utilizados como medida de control por parte de la federación. Este dato hay que tenerlo muy en cuenta ya que los equipos no pueden usar estas mediciones para gestionar sus motores y tienen que utilizar sistemas propios para medir el caudal de combustible, de ahí la diferencia de criterios con Red Bull en el GP de Australia 2014.