La Sobrealimentacion
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LA SOBREALIMENTACIÓN
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LA SOBREALIMENTACIÓN
INTRODUCCIÓN
Para llevar a cabo la combustión completa de los hidrocarburos del combustible, es necesario aportar una cantidad suficiente de oxígeno.
Cuanto más aire seamos capaces de introducir en los cilindros del motor, mayor será la cantidad de combustible que podamos introducir, y por ende tanto mayor será la potencia que se podrá obtener.
INTRODUCCIÓN El uso de elementos que sirvan para sobrealimentar los motores viene dado por la necesidad de aumentar la potencia sin tener que aumentar la cilindrada. Aumentar la potencia depende de la cantidad de combustible quemado en cada ciclo de trabajo y del numero de revoluciones. Pero tanto en motores Diesel como en los de gasolina, por mucho que aumentemos el combustible que hacemos llegar al interior de la cámara de combustión, no conseguimos aumentar su potencia si este combustible no encuentra aire suficiente para quemarse. Así pues, solo conseguiremos aumentar la potencia, sin variar la cilindrada ni el régimen del motor, si conseguimos colocar en el interior del cilindro un volumen de aire (motores Diesel) o de mezcla (aire y gasolina para los motores de gasolina) mayor que la que hacemos entrar en una "aspiración normal" (motores atmosféricos).
HISTORIA
• La sobrealimentación es un sistema para incrementar la potencia de los motores de combustión interna, consistente en aumentar la cantidad de mezcla combustible admitida en el cilindro, con respecto a la que entraría en él como consecuencia del simple movimiento del émbolo durante el tiempo de admisión.
• La sobrealimentación se consigue aumentando la presión del aire o de la
mezcla combustible a la entrada del cilindro. Para ello se intercala en el circuito de entrada un compresor, accionado por una turbina movida por los gases de escape: este dispositivo recibe el nombre de turbo-compresor.
• Como los gases se calientan a la salida del compresor, y este aumento de
temperatura no resulta conveniente para incrementar la potencia, se suele instalar a la salida del compresor un intercambiador de calor, que tiene como misión enfriar los gases antes de que penetren en el motor. Este dispositivo se designa con el término inglés Intercooler.
Gottlieb Daimler inscribió su primera patente en 1885. (se mejoraba la potencia del motor al comprimir la mezcla antes de ingresarla l cilindro del motor)
En el año 1905 el suizo el ingeniero suizo Alfred Buechi presentó una patente que describía un “motor de excitación mixta, altamente sobrealimentado“, que incluía un motor diesel, un compresor axial y una turbina axial montada sobre un árbol común.
En los años 20 los motores de los barcos se sobrealimentaban con compresores eléctricos los que generaban potencias de 900 a 1200 Hps
A partir de la primera guerra mundial los motores sobre alimentados dominaron el automovilismo deportivo.
Aviones de combate perdían potencia con la altitud.
En octubre de 1952 fue botado el petrolero Dorthe Maersk, de 18.000 toneladas y marcó el primer hito de la turbo sobrealimentación marítima de dos tiempos. Fue el primer barco movido por un motor diesel de dos tiempos turbo sobrealimentado. El motor era un B&W, de 6 cilindros y tenía dos turbo sobrealimentadores VTR630 de montaje lateral que elevaron la potencia del motor de 5.530 a 8.000 CV.
HISTORIA
OBJETIVO DE LA SOBREALIMENTACIÓN El principal objetivo de la sobrealimentación es el de aumentar el rendimiento volumétrico del motor, el cual se ve afectado por: tiempo de aspiración demasiado breve, roces del aire en las paredes del múltiple de admisión, válvulas, filtros de aire y todo componente que pueda llegar a encontrarse en el sistema de admisión. La sobrealimentación consigue aumentar el par motor y la potencia del vehículo sin variar la cilindrada ni el régimen del motor, elevando el valor de la presión media efectiva del cilindro del motor.
OBJETIVO DE LA SOBREALIMENTACIÓN En un motor diesel de los llamados atmosféricos, el descenso del pistón en el tiempo de admisión crea una depresión en el cilindro que propicia la entrada de aire desde el exterior, empujada por la presión atmosférica. En estas condiciones de funcionamiento, lo ideal es que se consiga una eficiencia volumétrica del 100%, pero en realidad, nunca consigue ese porcentaje y solamente se aproxima a él a un régimen intermedio, cuando la velocidad del pistón genera una fuerte depresión y la válvula de admisión permanece abierta durante un tiempo considerable. Por encima y por debajo de este régimen intermedio, el llenado del cilindro no es completo y la eficiencia volumétrica disminuye, lo cual ocasiona el descenso del par motor. De esta manera se constata que la limitación de las prestaciones de un motor viene impuesta por su capacidad de aspiración.
OBJETIVO DE LA SOBREALIMENTACIÓN Entre los factores que determinan un descenso de la eficiencia volumétrica pueden citarse por su importancia, lo siguiente: Restricciones en los sistemas de admisión y escape. Tiempo necesario para llenar el cilindro, lo cual depende de la velocidad de
rotación del motor. Aumento de la temperatura ambiente exterior y de la humedad relativa del aire. Calentamiento del aire de admisión en el propio motor. Aumento de la altitud.
OBJETIVO DE LA SOBREALIMENTACIÓN La implementación y el uso de elementos que sirvan para sobrealimentar los motores de combustión interna, viene dado por la necesidad de aumentar la potencia sin tener que incrementar la cilindrada. Aumentar la potencia depende de la cantidad de mezcla aire combustible quemado en cada ciclo de trabajo y del número de revoluciones. Tanto en los motores Diesel como en los de gasolina, por mucho que aumentemos el combustible que hacemos llegar al interior de la cámara de combustión, no conseguimos aumentar su potencia si este combustible no encuentra la suficiente cantidad de aire para quemarse; así pues, solo conseguiremos aumentar la potencia, sin variar la cilindrada ni el régimen del motor, si conseguimos colocar en el interior del cilindro un volumen de aire (motores Diesel) o de mezcla (aire y gasolina para los motores de gasolina) mayor que la que hacemos entrar en una "aspiración normal" (motores atmosféricos).
VENTAJAS DE LA SOBREALIMENTACIÓN La utilización de la sobrealimentación, se fundamenta en la mejora de la combustión del motor debido a un mayor llenado de aire en los cilindros, lo que provoca un aumento de potencia, un menor consumo específico y una menor contaminación. Un motor sobrealimentado puede conseguir hasta un 40% más de potencia que un motor de iguales características no sobrealimentado. Por otro lado, la mayor presión de entrada de aire favorece la expulsión de los gases de escape y el llenado del cilindro con aire fresco, con lo que consigue un aumento del rendimiento volumétrico.
Nacimiento del Sobrealimentador
De la necesidad de tener mayor potencia, surge la idea de los motores sobrealimentados, originalmente desarrollados para la aeronáutica durante la 2da Guerra Mundial.
CONCEPTO
La sobrealimentación consiste en establecer, en la entrada a los cilindros del motor, aire con una densidad superior a la normal.
Con ésto, para un mismo volúmen de aire, la masa será mayor.
RELACIÓN AIRE/COMBUSTIBLE
Al ser mayor la masa del aire, tambien podrá ser mayor la masa de combustible, ya que la relación entre ambos idealmente debe hacerse permanecer en un rango próximo a 14:1 (A/C), que corresponde a una mezcla estequiométrica (balanceada).
La combustión ocurrirá desde A/C= 8:1, hasta 22:1, aproximadamente.
TIPOS DE SOBREALIMENTADORES
ACOPLADOS MECÁNICAMENTE AL MOTOR
(SUPERGARGADORES) • SOBREALIMENTADOR COMPREX
• BOMBA DE LÓBULOS (DOBLES O TRIPLES) (“ROOTS BLOWER”)
• A PISTÓN
NO ACOPLADOS • TURBO-SOBREALIMENTADORES EN GENERAL
(TURBOCOMPRESORES)
Tambien podemos clasificar a los sobrealimentadores en:
EL SUPERCARGADOR
Un supercargador o compresor es una bomba de aire accionada por el motor que suministra más de la cantidad normal de aire en el colector de admisión y el par motor y la potencia aumenta.
En concepto básico, un sobrealimentador no es más que una bomba de aire accionada mecánicamente por el propio motor.
La compresor es un equipo que comprime el aire que se entrega a un motor, permitiendo que la cámara de combustión pueda ser llenado en exceso sin agrandar el espacio.
Un compresor típico
EL SUPERCARGADOR
La mayor concentración de oxígeno proporcionado por un supercargador corresponde con una mayor cantidad de combustible de los inyectores de combustible aumentando así la potencia de la motor.
Aumenta la potencia de un motor.
Un compresor gira a 50.000 RPM se traduce a un aumento de alrededor de seis a nueve libras por pulgada cuadrada (psi).
Aumenta el par producido.
Un compresor eficiente de trabajo puede alcanzar la misma velocidad en una tercera vez.
Garantiza una combustión completa del combustible.
Reduce la contaminación en cierta medida.
VENTAJAS
EL SUPERCARGADOR
"Más combustible + Más aire = explosión más grande = mayor potencia".
NOTA:
Pero no podemos bombear más combustible en el motor.
La mezcla químicamente correcta - (14: 1 :: aire: combustible) - Es esencial para un motor para funcionar perfectamente.
Así sobrealimentadores proporciona más aire por compresión de aire por encima de la presión atmosférica, por lo tanto, proporciona más combustible en el cargo y se lo hacen para una más poderosa explosión .
Por lo tanto: Mayor potencia, par y la velocidad se logra.
PRINCIPIO DE TRABAJO EL SUPERCARGADOR
PRINCIPIO DE TRABAJO EL SUPERCARGADOR
Un motor estándar con la adición de un compresor
EL SUPERCARGADOR Este es fijo en relación a su régimen de giro, siempre se encuentra girando a una cantidad de revoluciones mayor que las del motor aunque no alcanza las rpm máximas que puede alcanzar el turbocompresor. Este giro continuo es mas solidario con el motor ya que evita aumentos bruscos de potencia, aunque debemos acusar que no proporcionan tanta potencia como los turbos. Este sistema no hace uso del aceite del motor y presenta un montaje mas sencillo que los turbos.. Desventajas Como lo mencionamos antes menor potencia, consumiendo potencia del motor.
EL SUPERCARGADOR
EL SUPERCARGADOR Los supercargadores son simplemente bombas de aire que reciben su movimiento del motor. Los supercargadores reciben el mando por una correa desde el eje del cigüeñal. Cierta potencia del motor es consumida por el supercargador pero la ganancia de potencia obtenida es muy superior a dicho consumo.
EL SUPERCARGADOR
CLASIFICACIÓN
SUPERGARGADORES
ROOTS
TWIN-SCREW
CENTRIFUGO
EL SUPERCARGADOR
Éste es el sistema más conocido. El compresor tipo ROOTS fue diseñado originalmente para mover aire de las industrias como un superventilador. Este tipo de compresor emplea 2 rotores en contrarotación que atrapan el aire moviéndolo alrededor de la caja donde se encuentran estos rotores saliendo por el cuerpo de salida. Este tipo Roots se llama desplazamiento positivo porque todo el aire que entra es forzado a través de la unidad.
EL SUPERCARGADOR
ROOTS
El compresor Roots es el diseño más antiguo de Sobrealimentación.
Philander y Raíces Francis patentó el diseño en 1860 como una máquina que ayude a ventilar los ejes de la mina.
En 1900, Gottlieb Daimler, por primera vez incluyó un Roots compresor en un motor de automóvil.
El VW Polo G40 fue lanzado al mercado automotor en la Primavera de 1991 y ha sido el más rápido Polo construido en serie hasta la actual fecha por la casa VW, habiendo registros de los 0 a 100 km/h entre los 7,5 y 8,5 segundos, y velocidades máximas entre los 195 y 230 km/h.
Historia
SUPERCARGADOR ROOTS
PRINCIPIO DE TRABAJO
El compresor de desplazamiento mas popular es el de tipo "Roots", denominado "compresor de lóbulos". En este caso un par de rotores en forma de "ochos" conectados a ruedas dentadas que giran a la misma velocidad pero en sentidos contrarios bombean y comprimen el aire conjuntamente. Este compresor mas que comprimir el aire lo que hace es impulsarlo.
SUPERCARGADOR ROOTS
PRINCIPIO DE TRABAJO
Los rotores se apoyan en unos cojinetes. En vista de que nunca se tocan entre si, no se desgastan. En ocasiones, los lóbulos son helicoidales y, en otras, de corte recto. Esta versión sencilla con rotores de dos alabes origina una presión relativamente baja, y además la crea muy despacio al aumentar el régimen de giro. La potencia absorbida se sitúa para una sobrepresión de 0,6 bares y paso máximo de aire, en 12.2 CV.
SUPERCARGADOR ROOTS
PRINCIPIO DE TRABAJO
Los rotores pueden tener dos o tres lóbulo. Un rotor de tres lóbulos tiende a pulsar menos que uno de dos. El rotor de tres lóbulos da mejores resultados gracias a una mayor complejidad en su construcción, para moverse sólo necesitaba robar al motor 8 caballos de potencia para conseguir 0,6 bares de presión.
SUPERCARGADOR ROOTS
PRINCIPIO DE TRABAJO
El rendimiento del compresor Roots no es muy alto y además empeora con el aumento del régimen de giro. La capacidad de suministro sólo supera el 50% en una gama muy limitada. El aire comprimido se calienta extraordinariamente. Los compresores de lóbulos tienden a "pulsar" a bajas velocidades, no obstante, los de rotores helicoidales tienden a contrarrestar al máximo dichas pulsaciones.
SUPERCARGADOR ROOTS
PRINCIPIO DE TRABAJO
Cuando el motor no esta sometido a una gran carga, el vació del colector de admisión, gira los rotores como un molino de viento, robando por tanto menos potencia del motor.
SUPERCARGADOR ROOTS
Roots sobrealimentadores son los menos sobrealimentador eficiente por dos razones:
1.) Se añade más peso al vehículo.(Roots sobrealimentadores son generalmente grandes y son ubicados en la parte superior del motor). 2.) Proporcionan aire en ráfagas discretas en lugar de proporcionando de una manera suave y continua.
Desventaja:
SUPERCARGADOR ROOTS
TWIN-SCREW
EL SUPERCARGADOR
Si bien la apariencia física de un supercargador Twin Screw es muy similar a la de un Roots, estos difieren en su funcionamiento.
El Twin Screw lleva este nombre por la forma de sus lóbulos. Se trata de un par de lóbulos que giran en direcciones opuestas y que al igual que el Roots capturan aire entre ellos. Sin embargo, por su forma cónica, además de atrapar el aire, también lo comprimen.
TWIN-SCREW
EL SUPERCARGADOR
Un compresor de doble tornillo opera tirando de aire a través de un par de
lóbulos de mallado que se asemejan a un conjunto de engranajes de
tornillo sinfín.
Un compresor de doble tornillo comprime el aire en el interior de la
carcasa del rotor (Eso es porque la rotores tienen un ahusamiento cónico,
que significa el bolsas de aire en disminuir tamaño como el aire se mueve
desde el lado del relleno a el lado de descarga).
Como las bolsas de aire se reducen, la el aire es comprimido en un
espacio más pequeño
SUPERCARGADOR TWIN-SCREW
Este tipo de supercargador no sólo transfiere el aire del lado de admisión al lado de descarga sino que, además, lo comprime al mismo tiempo. Esto lo convierte en una opción más eficiente que el Roots.
Una característica de este tipo de supercargador es el ruido que produce ya que al comprimir el aire se genera un sonido como silbido agudo. En años recientes, este tipo de supercargador fue usado por el Mini Cooper S (en su versión super cargada).
• El aire comprimido que sale de la boca de descarga crea un gemido o silbato que deberá ser controlada con supresión de ruido técnicas.
SUPERCARGADOR TWIN-SCREW
CENTRÍFUGO
EL SUPERCARGADOR
Un compresor centrífugo funciona accionando una hélice
(Un dispositivo similar a un rotor) a muy altas velocidades de sacar rápidamente aire en una carcasa de compresor pequeño.
Impulsor puede alcanzar velocidades de '50, 000 a 60.000 RPM.
Compresores centrífugos es el más eficaz y el más comunes de inducción de aire en el sistema.
Son pequeños, ligeros y acoplable a la
parte delantera del motor.
SUPERCARGADOR CENTRÍFUGO
Este tipo de supercargador posee un compresor que absorbe el aire desde el filtro de aire y lo comprime dentro de una carcasa provista y diseñada para dicha función.
Hace esto tomando la fuerza de la polea y transmitiéndola hacia el compresor por medio de una serie de engranes que multiplican las vueltas que da la polea. Así si la polea da una vuelta, el compresor dará dos.
La velocidad máxima del compresor ronda las 50-60,000RPM. Una vez en movimiento, el compresor por medio de los álabes que lo conforman impulsan el aire desde el centro del compresor y hacia su diámetro exterior. El aire entonces viaja a una velocidad muy alta y a poca presión adquiriendo presión al encontrarse con la carcasa del compresor y bajando su velocidad también.
Este sistema es el más eficiente debido a su poco volumen y peso. Además debido a su forma compacta puede ser colocado al frente o al lado del motor en lugar de sobre este último.
SUPERCARGADOR CENTRÍFUGO
Unidades utilizadas en Supercharger:
• Belt (V, correa dentada y correa plana).
•Unidad del engranaje.
•Cadena de transmisión
SUPERCARGADOR CENTRÍFUGO
FUNCIONAMIENTO:
•Como el aire está alojado en el cubo del impulsor, la fuerza centrífuga hace que se irradian hacia fuera. •El aire sale del impulsor a alta velocidad, pero la presión baja. •Un difusor convierte la alta velocidad y baja presión de aire a baja velocidad, aire a alta presión. •Así, el aire presurizado se consigue.
Trabajo de un compresor centrífugo
SUPERCARGADOR CENTRÍFUGO
Los Supercargadores no sufren retraso: - Compresores no tienen tiempo de retraso debido a que son impulsadas directamente por el cigüeñal, mientras Turbocompresores sufren de retraso debido a que tomará unos segundos antes de que los gases de escape alcanzan una velocidad que es suficiente para impulsar la turbina / turbina.
La modificación del sistema de escape: - Instalación de un turbocompresor requiere una amplia modificación del sistema de escape, pero sobrealimentadores puede ser atornillada a la parte superior o lateral del motor, que hace más baratas de instalar y fácil de reparar y mantener.
Ventaja Sobre El Turbocompresor
EL SUPERCARGADOR
Ventajas
Respuesta inmediata a la demanda del acelerador
Volumen sobrealimentado proporcional al régimen de giro(muy útil para evitar sobrepresiones)
Inconvenientes
Consumo de energía para su accionamiento
Gran volumen del equipo.
Difícil localización, al accionarlo el eje del motor.
Perdida de rendimiento por el aumento de rozamientos a altas vueltas
Ventaja e Inconvenientes
EL SUPERCARGADOR
Al momento de apagar el supercargador:
No procedimiento de apagado especial se requiere con sobrealimentadores, ya que no son lubricados por aceite del motor. Se pueden cerrar con normalidad. Turbocompresores debe funcionar durante unos 30 segundos más o menos antes de la parada para que el aceite lubricante tiene la portunidad de refrescarse.
Ventaja Sobre El Turbocompresor
EL SUPERCARGADOR
Se deriva potencia desde el motor en sí: Las unidades del cigüeñal sobrealimentadores para que robar un poco de potencia del motor. Un compresor puede consumir hasta el 20 por ciento de salida de un motor de potencia total.
(Pero debido a que un compresor puede generar hasta un 46 por ciento adicional caballos de fuerza, creo que la compensación es la pena).
Una presión adicional en el motor: Sobrealimentación pone una tensión adicional en el motor, que tiene que ser fuerte para manejar el impulso extra y grandes explosiones.
Un gasto adicional : Para el trabajo pesado los componentes, la complejidad del diseño y mantenimiento de añadir una carga adicional para los gastos.
Desventajas
EL SUPERCARGADOR
TURBOCOMPRESOR.
Introducción
La necesidad de usar un turbocompresor fue motivada
por la emisión de gases los cuales comenzaban a causar problemas ambientales esto solo para motores diesel los cuales tenían una expulsión de gases mas toxica.
Su régimen de funcionamiento se cifra entre 15000 y 20000 rpm , de régimen máximo, a partir del cual pierde rendimiento muy rápidamente.
TURBO COMPRESOR
Introducción
TURBO COMPRESOR
Los vehículos diesel hoy día no se conciben sin un turbocompresor.
Gracias al aumento imparable del par motor a través de estas últimas décadas, un motor diesel de inyección directa de 1.5 L. de cilindrada rinde a las mismas revoluciones (4000) más potencia (102CV, Motor Hyundai-Kia 1.5 Crdi 16v) que un diesel atmosférico de hace 30 años del doble de cilindrada con precámara (80CV, motor Mercedes-Benz OM617 de 5 cilindros, 3.0 L de Mercedes-Benz de los años 70).
Historia Del Turbocompresor.
La historia de la turboalimentación es casi tan antigua como la del motor de combustión interna. Ya en 1885 y 1896, Gottlieb Daimler y Rudolf Diesel investigaron incrementar la potencia y reducir el consumo de combustible de sus motores mediante la precompresión del aire de combustión.
En 1925, el ingeniero suizo Alfred Büchi fuel el primero en lograr la turboalimentación por gases de escape, obteniendo un aumento de potencia superior al 40 %. Esto marcó el inicio de la introducción paulatina de la turboalimentación en la industria automovilística.
TURBO COMPRESOR
¿Que Es Un Turbocompresor?
Un turbocompresor es un sistema de sobrealimentación que usa una turbina centrífuga para accionar mediante un eje coaxial con ella, un compresor centrífugo para comprimir gases.
Este tipo de sistemas se suele utilizar en motores de combustión interna alternativos, especialmente en los motores diesel.
TURBO COMPRESOR
Objetivo De Turbocompresor .
El principal objetivo de un turbocompresor , es el de compromir aire frio en la cámara del pistón para que este haga que la combustión sea eficiente utilizando todo el oxigeno que se comprimió y en la emisión de gases realiza el trabajo de expulsar estos a mayor velocidad.
Otro objetivo del turbocompresor es el de reducir el consumo de combustible al igual que el de emisión de gases tóxicos
TURBO COMPRESOR
Constitución. Los elementos principales de conforman el turbocompresor son el eje común(3) que tiene en sus extremos los rodetes de la turbina (2) y el compresor (1) este conjunto gira sobre los cojinetes de apoyo, los cuales han de trabajar en condiciones extremas y que dependen necesariamente de un circuito de engrase que los lubrica.
TURBO COMPRESOR
Constitución. Por otra parte el turbocompresor sufre una constante aceleración a medida que el motor sube de revoluciones y como no hay limite alguno en el giro de la turbina empujada por los gases de escape, la presión que alcanza el aire en el colector de admisión sometido a la acción del compresor puede ser tal que sea mas un inconveniente que una ventaja a la hora de sobrealimentar un motor.
TURBO COMPRESOR
Por lo tanto se hace necesario el uso de un elemento que nos limite a presión en el colector de admisión. Este elemento se llama válvula de descarga o válvula Waste gate (4)
Funcionamiento. El turbocompresor consiste en una turbina movida por los gases de escape en cuyo eje hay un compresor centrífugo que toma el aire a presión atmosférica antes o después de pasar por el filtro de aire y luego lo comprime antes de introducirlo en los cilindros.
TURBO COMPRESOR
Este aumento de la presión de la carga consigue introducir en el cilindro un mayor volumen de mezcla (carga-combustible) que el volumen real del cilindro permitiría a presión atmosférica, obteniendo el motor más potencia que un motor atmosférico de cilindrada equivalente.
Funcionamiento. Aprovecha la fuerza con la que salen los gases de escape para impulsar una turbina colocada en la salida del colector de escape, dicha turbina se une mediante un eje a un compresor.
El compresor esta colocado en la entrada del colector de admisión, con el movimiento giratorio que le transmite la turbina a través del eje común, el compresor eleva la presión del aire que entra a través del filtro y consigue que mejore la alimentación del motor.
TURBO COMPRESOR
Funcionamiento. El turbo impulsado por los gases de escape alcanza altas velocidades, También hay que saber que las temperaturas a las que se va ha estar sometido el turbo en su contacto con los gases de escape van a ser muy elevadas.
TURBO COMPRESOR
Ciclos de funcionamiento. Funcionamiento a ralentí y carga parcial inferior.
TURBO COMPRESOR
En estas condiciones el rodete de la turbina de los gases de escape es impulsada por medio de la baja energía de los gases de escape, y el aire fresco aspirado por los cilindros no será precomprimido por la turbina del compresor, simple aspiración del motor.
Ciclos de funcionamiento. Funcionamiento a carga parcial media.
TURBO COMPRESOR
Cuando la presión en el colector de aspiración (entre el turbo y los cilindros) se acerca la atmosférica, se impulsa la rueda de la turbina a un régimen de revoluciones mas elevado y el aire fresco aspirado por el rodete del compresor es comprimido y conducido hacia los cilindros bajo presión atmosférica o ligeramente superior, actuando ya el turbo en su función de sobrealimentación.
Ciclos de funcionamiento. Funcionamiento a carga parcial superior y plena carga.
TURBO COMPRESOR
En esta fase continua aumentando la energía de los gases de escape sobre la turbina de turbocompresor y se alcanzara el valor máximo de presión en el colector de admisión que debe ser limitada por un sistema de control (Válvula de Descarga). En esta fase el aire fresco aspirado por el rodete del compresor es comprimido a la máxima presión que no debe sobrepasar los 0,9 bar en los turbocompresores normales y 1,2 bar en los turbocompresores de geometría variable.
5. Sobrealimentación Temperatura de Funcionamiento.
TURBO COMPRESOR
Las temperaturas de funcionamiento en un turbo son muy diferentes, mientras que los componentes que están en contacto con los gases de escape pueden alcanzar temperaturas muy altas (aproximadamente 750 ºC), los que esta en contacto con el aire de aspiración solo alcanzan unos 80 ºC.
5. Sobrealimentación Lubricación.
TURBO COMPRESOR
Como el turbo está sometido a altas temperaturas de funcionamiento, el engrase de los cojinetes deslizantes es muy importante, hay que tener en cuenta lo siguiente: Suficiente presión y flujo de aceite. El sistema de lubricación debe encontrase sin
contaminación. Buen estado del aceite, ya que éste se puede oxidar o
deteriorar. El turbo nunca debe operar con el motor a plena carga con
presión de aceite menor que 30psi.
5. Sobrealimentación
Revoluciones de los cojinetes.
Turbo con refrigeración líquida.
Lubricación y Rpm de Funcionamiento.
TURBO COMPRESOR
Engrase del turbocompresor.
Ventajas Permite aumentar la potencia de un motor existente,
sin necesidad de hacer mayores cambios y/o rediseñar un motor existente.
Utiliza como medio propulsor los gases de escape del motor, lo cual contribuye a rescatar esta energía, y hacer más eficiente el motor en general.
Agrega poco peso y bulto a un motor, lo cual usualmente permite encajarlo en un vehículo sin modificaciones externas.
TURBO COMPRESOR
Ventajas A diferencia de un supercargador, no le resta potencia
al motor directamente, lo que lo hace más eficiente.
Debido a que depende la diferencia de presión entre los gases de escape y el medio ambiente, se auto-ajusta a cualquier altitud sobre el nivel el mar. Esto los hace muy prácticos para utilizar en motores de avión. Un supercargador debe ser regulado manualmente para lograr este mismo efecto.
TURBO COMPRESOR
Ventajas Dado que el turbocompresor es activado por la energía del gas de escape, que en su vertido al exterior es desperdiciada, un motor turboalimentado ofrece muchas ventajas sobre los del tipo convencional. De entre ellas podemos destacar: Incremento de la relación potencia-peso Un turbocompresor puede incrementar la potencia y el par motor de un Diesel en un 35% por encima de la versión convencional. De esta manera, un motor turboalimentado de cuatro o seis cilindros, de menor tamaño, puede realizar el trabajo de otro mayor, como un V8 de tipo Convencional. Reducción del ruido del motor La carcasa de la turbina actúa como un conjunto de absorción del ruido de los gases de escape del motor. Del mismo modo, la sección del compresor reduce el ruido de admisión producido por los impulsos en el colector de admisión. Como resultado de todo ello, un motor turboalimentado es, normalmente, más silencioso que otro convencional, aunque generalmente se percibe un silbido característico cuando el motor está bajo carga o acelerando.
TURBO COMPRESOR
Ventajas Dado que el turbocompresor es activado por la energía del gas de escape, que en su vertido al exterior es desperdiciada, un motor turboalimentado ofrece muchas ventajas sobre los del tipo convencional. De entre ellas podemos destacar: Economía de combustible Un motor turboalimentado tiene un rendimiento volumétrico más alto que el convencional, con el que se logra una combustión más completa, que da como resultado un consumo mas bajo de combustible. Reducción de humos Los turbocompresores suministran al motor una cantidad suplementaria de aire en el funcionamiento a media y alta velocidad, que da lugar a una fase de combustión mucho más eficaz y limpia, lo que reduce considerablemente la producción de humos.
TURBO COMPRESOR
Desventajas En los turbocompresores, siempre existe un efecto de
retraso o "lag", que se manifiesta por una respuesta lenta para que turbo comience a funcionar. Dependiendo del tipo de turbocompresor, esto puede reducirse por diversos medios.
Velocidad mínima del motor. Para que un turbo entre en acción, el motor debe llegar a una velocidad mínima específica, que depende del tamaño y forma de la turbina utilizada. Esto hace que el turbo sea prácticamente inutilizable a bajas velocidades
TURBO COMPRESOR
Desventajas El costo de instalar un sistema turbo es elevado, ya que
usualmente requiere mano de obra especializada, y cambio de partes.
Pueden reducir la vida útil de un motor, ya que efectivamente se está "forzando" al motor a funcionar a límites más altos de lo normal. Esto no aplica en turbocompresores instalados por los fabricantes de vehículos, ya que en estos casos, los motores fueron diseñados con límites más elevados.
TURBO COMPRESOR
EN RESUMEN
Objetivo: Aumentar la relación potencia/peso
Un compresor aumenta la densidad del aire antes de su admisión en los cilindros
Desventajas (en relación con los motores atmosféricos sin turbocompresor): • Mayor complejidad y coste • Mayor esfuerzo físico y térmico del motor
Ventajas:
• Mayor par y potencia • Mejor consumo de combustible
TURBO COMPRESOR
TURBOCOMPRESOR DE GEOMETRÍA VARIABLE
INTRODUCCIÓN:
TURBO COMPRESOR
Los turbos convencionales tienen el inconveniente que a bajas revoluciones del motor el rodete de la turbina apenas es impulsada por los gases de escape, por lo que el motor se comporta como si fuera atmosférico.
TURBOCOMPRESOR DE GEOMETRÍA VARIABLE
INTRODUCCIÓN:
Una solución para esto es utilizar un turbo pequeño de bajo soplado que empiece a comprimir el aire aspirado por el motor desde muy bajas revoluciones, pero esto tiene un inconveniente, y es que a altas revoluciones del motor el turbo de bajo soplado no tiene capacidad suficiente para comprimir todo el aire que necesita el motor, por lo tanto, la potencia que ganamos a bajas revoluciones la perdemos a altas revoluciones.
TURBOCOMPRESOR DE GEOMETRÍA VARIABLE
INTRODUCCIÓN:
Para corregir este inconveniente se ha buscado la solución de dotar a una misma maquina soplante la capacidad de comprimir el aire con eficacia tanto a bajas revoluciones como a altas, para ello se han desarrollado los turbocompresores de geometría variable (VTG).
TURBOCOMPRESOR DE GEOMETRÍA VARIABLE
INTRODUCCIÓN:
El Turbo de geometría variable (VTG) se diferencia del turbo convencional en la utilización de un plato o corona en el que van montados unos álabes móviles que pueden ser orientados (todos a la vez) un ángulo determinado mediante un mecanismo de varilla y palancas empujados por una cápsula neumática.
TURBOCOMPRESOR DE GEOMETRÍA VARIABLE
COMPONENTES:
1. Rodete de la turbina
2. Álabes
3. Plato o corona
4. Leva
5. Rodete del compresor
6. Vástago o varilla roscada
7. Tuerca de Ajuste de la longitud de la varilla
8. Cápsula neumática
TURBOCOMPRESOR DE GEOMETRÍA VARIABLE
FUNCIONAMIENTO
El turbo VTG (Geometría Variable) se diferencia del turbo convencional en la utilización de un plato o corona en el que van montados unos alabes móviles que pueden ser orientados (todos a la vez) un ángulo determinado mediante un mecanismo de varilla y palancas empujados por una cápsula neumática parecida a la que usa la válvula wastegate:
TURBOCOMPRESOR DE GEOMETRÍA VARIABLE
FUNCIONAMIENTO
Para conseguir la máxima compresión del aire a bajas r.p.m. deben cerrarse los alabes ya que disminuyendo la sección entre ellos, aumenta la velocidad de los gases de escape que inciden con mayor fuerza sobre las paletas del rodete de la turbina (menor Sección = mayor velocidad).
TURBOCOMPRESOR DE GEOMETRÍA VARIABLE
FUNCIONAMIENTO
Cuando el motor aumenta de r.p.m y aumenta la presión de soplado en el colector de admisión, la cápsula neumática lo detecta a través de un tubo conectado directamente al colector de admisión y lo transforma en un movimiento que empuja el sistema de mando de los alabes para que estos se muevan a una posición de apertura que hace disminuir la velocidad de los gases de escape que inciden sobre la turbina (mayor sección=menor velocidad).
TURBOCOMPRESOR DE GEOMETRÍA VARIABLE
FUNCIONAMIENTO
Los alabes van insertados sobre una corona, pudiendo regularse el vástago roscado de unión a la cápsula neumática para que los alabes abran antes ó después. Si los alabes están en apertura máxima, indica que hay una avería ya que la máxima inclinación la adoptan para la función de emergencia
TURBOCOMPRESOR DE GEOMETRÍA VARIABLE
POSICIÓN DE LOS ÁLABES
Las posiciones fundamentales que pueden adoptar los álabes se describe en el siguiente gráfico:
TURBOCOMPRESOR DE GEOMETRÍA VARIABLE
POSICIÓN DE LOS ÁLABES
a) Los alabes toman una posición mas abierta que se corresponde a un
funcionamiento del motor con un régimen de revoluciones medio y marcha normal, en este caso el turbo VTG se comportaría como un turbo convencional.
Las paletas adoptan una posición intermedia que no interfieren en el paso de los gases de escape que inciden sin variar su velocidad sobre la turbina.
TURBOCOMPRESOR DE GEOMETRÍA VARIABLE
POSICIÓN DE LOS ÁLABES
b) Los alabes adoptan una posición muy abierta debido a que el motor
gira a muchas revoluciones, los gases de escape entran a mucha velocidad en el turbo haciendo girar la turbina muy deprisa.
La posición muy abierta de los alabes hacen de freno a los gases de escape por lo que se limita la velocidad de la turbina.
En este caso, la posición de los alabes hacen la función que realizaba la válvula wastegate en los turbos convencionales, es decir, la de limitar la velocidad de la turbina cuando el motor gira a altas revoluciones y hay una presión muy alta en el colector de admisión, esto explica por que los turbos VTG no tienen válvula wastegate.
TURBOCOMPRESOR DE GEOMETRÍA VARIABLE
POSICIÓN DE LOS ÁLABES
c) Los alabes adoptan una posición cerrada que apenas deja espacio para
el paso de los gases de escape.
Esta posición la adopta el turbo cuando el motor gira a bajas revoluciones y la velocidad de los gases de escape es baja. Con ello se consigue acelerar la velocidad de los gases de escape, al pasar por el estrecho espacio que queda entre los alabes, que hace incidir con mayor fuerza los gases sobre la turbina.
También adoptan los alabes esta posición cuando se exige al motor las máximas prestaciones partiendo de una velocidad baja o relativamente baja, lo que provoca que el
TURBOCOMPRESOR DE GEOMETRÍA VARIABLE
El funcionamiento que hemos visto para el Turbo VTG es teórico ya que el control de la cápsula manométrica lo mismo que en los turbos convencionales mas modernos, se hace mediante una gestión electrónica que se encarga de regular la presión que llega a la cápsula manométrica en los turbos VTG y a la válvula wastegate en los turbos convencionales, en todos los márgenes de funcionamiento del motor y teniendo en cuenta otros factores como son la temperatura del aire de admisión, la presión atmosférica (altitud sobre el nivel del mar) y las exigencias del conductor.
Mayor par en todos los regímenes de
revoluciones por minuto
Mejor consumo de combustible
Mayor potencia
TURBOCOMPRESOR DE GEOMETRÍA VARIABLE
Ventajas e inconveniente del turbo Ventajas
No consume energía en su accionamiento. Fácil localización , sin accionamiento directo del eje del motor. Reducido volumen , en relación a su caudal proporcionado. Gran capacidad de comprimir a altos regímenes y altos caudales.
Inconvenientes
Mala capacidad de respuesta en bajas cargas por el poco volumen de gases.
Retraso en su actuación , por la inercia de la masa móvil y su aceleración mediante gases.
Alta temperatura de funcionamiento al accionarse con gases de escape.
Mayores cuidados de uso y mantenimiento.
TURBOCOMPRESOR DE GEOMETRÍA VARIABLE
REGULACIÓN DE LA PRESIÓN
Para evitar el aumento excesivo de vueltas de la turbina y compresor como consecuencia de una mayor presión de los gases a medida que se aumenten las revoluciones del motor, se hace necesaria una válvula de seguridad (también llamada: válvula de descarga o válvula waste gate).
TURBO COMPRESOR
Esta válvula está situada en derivación, y manda parte de los gases de escape directamente a la salida del escape sin pasar por la turbina.
Una válvula de descarga (wastegate) no es más que una válvula de derivación de la turbina.
Su función consiste en desviar una parte de los gases de escape alrededor, en lugar de a través de la turbina. Esto limita la cantidad de energía que la turbina puede entregar al compresor, lo que limita la velocidad turbo y aumenta el nivel que proporciona el compresor.
VÁLVULA WASTEGATE
Introducción:
La válvula Wastegate puede ser “interna” o “externa”. Para wastegates interna, la propia válvula está integrada en la carcasa de la turbina y se abre por un actuador montado en el turbo.
Una Wastegate externa es una válvula de auto-contenido y unidad de actuación que está completamente separado del turbocompresor.
Introducción:
VÁLVULA WASTEGATE
En cualquier caso, el actuador está calibrado (en conjunto electrónicamente con un controlador de impulso electrónico) por la presión del muelle interior para comenzar a abrir la válvula Wastegate en un nivel de refuerzo predeterminado.
Cuando se alcanza este nivel de refuerzo, la válvula se abrirá y comenzará a eludir los gases de escape, evitando que el impulso aumentante.
Se coloca en el escape antes de la entrada al compresor (hay compresores con wastegate incorporada, y hay wastegates solas). Permite hacer un bypass del turbo, para que no todos los gases vayan directamente al turbo.
Introducción:
VÁLVULA WASTEGATE
La válvula de descarga o wastegate esta formada por una capsula sensible a la presión compuesta por un muelle(3), una cámara de presión y un diafragma o membrana(2). El lado opuesto del diafragma esta permanentemente condicionado por la presión del colector de admisión al estar conectado al mismo por un tubo (1).
Partes y Funcionamiento:
VÁLVULA WASTEGATE
Cuando la presión del colector de admisión supera el valor máximo de seguridad, desvía la membrana y comprime el muelle de la válvula despejándola de su asiento. Los gases de escape dejan de pasar entonces por la turbina del sobrealimentador (pasan por el bypass(9) )hasta que la presión de alimentación descienda y la válvula se cierra.
VÁLVULA WASTEGATE
Partes y Funcionamiento:
La presión máxima a la que puede trabajar el turbo la determina el fabricante y para ello ajusta el tarado del muelle de la válvula de descarga.
Este tarado debe permanecer fijo a menos que se quiera intencionadamente manipular la presión de trabajo del turbo, como se ha hecho habitualmente.
VÁLVULA WASTEGATE
En el caso en que la válvula de descarga fallase, se origina un exceso de presión sobre la turbina que la hace coger cada vez mas revoluciones, lo que puede provocar que la lubricación sea insuficiente y se rompa la película de engrase entre el eje común y los cojinetes donde se apoya. Aumentando la temperatura de todo el conjunto y provocando que se fundan o gripen estos componentes.
VÁLVULA WASTEGATE
VÁLVULA WASTEGATE
INTERENFRIADOR O “INTERCOOLER”
Para evitar el problema del aire calentado al pasar por las aletas del compresor del turbo, se han tenido que incorporar sistemas de refrigeración del aire a partir de intercambiadores de calor (“intercoolers” y/o “aftercoolers”).
Introducción:
El intercooler es un radiador que es enfriado por el aire que incide sobre el coche en su marcha normal. Por lo tanto se trata de un intercambiador de calor aire/aire a diferencia del sistema de refrigeración del motor que se trataría de un intercambiador agua/aire.
INTERCOOLER
Esta compresión hace subir mucho la temperatura del aire, por tanto se enfría en el intercooler
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INTERCOOLER
INTERCOOLER
Con el intercooler (se consigue refrigerar el aire aproximadamente un 40% desde 100°-105° hasta 60°- 65°). El resultado es una notable mejora de la potencia y del par motor gracias al aumento de la masa de aire (aproximadamente del 25% al 30%). Además se reduce el consumo y la contaminación
Introducción:
