MOTORES DE COMBUSTION INTERNA

FREDDY YAGUAL - CHRISTIAN GARZÓN

Contenido1. OBJETIVOS...........................................................................................................................3

2. ANTECEDENTES....................................................................................................................3

3. MARCO TEÓRICO.................................................................................................................3

3.1 Turbo cargador.............................................................................................................3

3.1.1 Turbo Cargadores de Geometría Fija.................................................................4

3.1.2 Turbo Cargadores de Geometría Variable..........................................................5

3.1.3 Motores equipados con sistema Fuel Injection....................................................5

3.2 SúperCargador...........................................................................................................6

3.2.1 Supercargadores tipo Roots.................................................................................7

3.2.2 Supercargadores en espiral o “caracol”..............................................................8

3.3 Funcionamiento de la sobrealimentación....................................................................9

4. METODOLOGÍA....................................................................................................................9

4.1 Partes de un turbocargador y sus respectivas funciones.............................................9

4.2 Instalación de un turbo cargador..............................................................................11

4.3 Selección de turbocargadores....................................................................................11

5. RESULTADOS.....................................................................................................................15

5.3 Diferencias entre el turbo cargador, turbo compresor y SuperCargador.................16

5.3.1 El turbocompresor.............................................................................................16

5.3.2 Turbo cargador.................................................................................................17

5.3.3 SuperCargador..................................................................................................17

6 CASO EJEMPLO..................................................................................................................18

7 CONCLUSIONES..................................................................................................................19

8 RECOMENDACIONES..........................................................................................................20

9. REFERENCIAS/BIBLIOGRAFIA..............................................................................................21

ANEXO......................................................................................................................................21

1. OBJETIVOS

Aprender sobre un turbo cargador.

Conocer las ventajas y desventajas de un turbo cargador.

Hacer el análisis y estudio de un turbo cargador.

Aumentar la potencia de un motor según el tipo de turbo.

Diferenciar entre un turbo cargador, turbo compresor y un súper cargador.

Comparar y tabular los valores de potencia vs régimen del motor.

Observa el cambio entre par, régimen y potencia al instalar un turbo cargador en un

MCI.

2. ANTECEDENTES

Como muchos sabemos en un MCI existen varias maneras de mejorar el aumento de potencia y no todos los sistemas los usan, entre ellas tenemos el uso de turbo compresores, súper cargadores y turbo cargadores que será en el que haremos nuestro enfoque de análisis para estudiar la mejora de rendimiento en un sistema que este realiza y hacer tablas de turbo cargador vs potencia y así notar lo efectivo que resulta su uso.

Como ya sabemos algunos, un turbo cargador no es muy diferente a un súper cargador ambos tienen como objetivo sobrealimentar el motor con aire para una mejor combustión y rendimiento la diferencia de ambos es su proceso para hacer este trabajo. Entonces en este proyecto se procederá a realizar el respectivo funcionamiento de un turbo cargador sus beneficios y como afecta en el rendimiento de un motor.

Hacer la comparación también entre el turbo compresor y el turbo cargador, cuales son las ventajas de cada uno y quien tiene un mayor beneficio en un MCI.

3. MARCO TEÓRICO

3.1 Turbo cargador

El turbo Cargador es un compresor de aire que lo administra a la cámara de combustión para que entre más aire y entre mas aire tengas dentro de la cámara de combustión vas a tener una mejor explosión que se traduce en más potencia. Este compresor tiene 2 turbinas, una va conectado al múltiple de escape para que los gases del motor hagan girar esta primera turbina, que está conectada a un eje unido a la segunda turbina, esta segunda turbina aspira el aire de la atmosfera y los comprime por, medio del movimiento giratoria que proporcionaron los gases de escape a la turbina 1, la turbina 2 está conectada al múltiple de admisión para así introducir el aire comprimido. 

Los turbo cargadores, se diferencia de los súper cargadores [súper charger], de banda o cadena, debido a que no utiliza, potencia del cigüeñal para accionarlo... La turbina de un turbo cargador, se mueve por la presión; y el calor de los gases de escape. Cuando un vehículo está equipado con un turbo cargador; es frecuente, que el aumento de la relación de compresión; pueda producir cascabeleo, o petardeo, debido a esto, es que los vehículos equipados con este sistema, regularmente usan un sensor llamado, "sensor de detonación", este sensor envía una señal al computador; para que este a su vez retarde el tiempo de encendido.

Fig.1 Funcionamiento del Turbocargador

3.1.1 Turbo Cargadores de Geometría Fija

Un turbo Cargador es una bomba de aire centrífuga que está impulsada por los propios gases de escape del motor. Está compuesto por dos rotores (un compresor y una turbina) montados en los extremos de una flecha. Los gases

de escape se dirigen hacia la turbina, golpeando sus aletas y haciendo que giren a unas 12.000 rpm (o más), succionando con ello aire fresco gracias al compresor, comprimiéndolo y empujándolo al múltiple de admisión. Fig. 2 Funcionamiento Turbos de Geometría Fija

Como el giro es elevadísimo, los cojinetes han de ser constantemente refrigerados y lubricados, cosa que se consigue haciendo pasar por ellos aceite del motor o refrigerante. Además, dado que puede llegar a un límite tal que pueda explotar por sobre refuerzo, la mayoría disponen de un puerto de descarga, consistente en una válvula que se abre cuando la presión llega a un límite preestablecido. Este sistema de descarga puede ser neumático (por aire) o bien usando sensores de presión y gestionado por la ECM (la computadora del motor).

Para solucionar otro de sus problemas, el retardo de entrada del turbo, se aplican varias técnicas. Una de ellas consiste en hacer lo más ligeras posibles las partes giratorias, o usar dos turbo Cargadores más pequeños en lugar de uno.

3.1.2 Turbo Cargadores de Geometría Variable

Este tipo de turbo cargadores se dividen a su vez en VNT (turbo cargadores de toberas variables) y VAT (turbo cargadores de áreas variables), ambos utilizan la misma técnica de modificar alguna de sus partes para hacer que el aire pase “limpiamente” o presentando resistencia para hacerlos girar. En unos son los álabes móviles (en el caso del VNT), mientras que el otro, gestionado por la ECM, controla las entradas de aire a la turbina.

Este tipo de turbo cargadores, por su flexibilidad, suelen ser muy utilizados en motores de media y baja cilindrada, y en la técnica conocida como “downsizing”. Otro problema sin embargo es su fiabilidad. Fig. 3 Partes del TurboCargador

3.1.3 Motores equipados con sistema Fuel Injection

Se entiende que el aire que empuja es el que entra medido por los controles del sistema; debido a que la computadora censa la cantidad de aire que entra al mainfold, ya sea empujado por la presión atmosférica o por la presión del turbo cargador.

[La lubricación, la suministra la conexión, manguera o línea de aceite, que le llega del motor]. La turbina del cargador, debe permanecer tan sensible, que al apagar el motor, deberá quedarse girando por algunos segundos. Fig. 4 Fuel Injection

Los motores que traen turbo o supe cargador, se les llama “sobrealimentados”, esto es porque se les mete aire a presión, mediante diferentes métodos.

3.2 SúperCargador

El súpercargador, tiene un funcionamiento similar, solo que aquí el compresor de aire no gira por medio de otra turbina movida por los gases de escape, el súpercargador gira por medio de una polea conectada por una banda a la polea del cigüeñal, aquí el que proporciona el movimiento es el cigüeñal y no los gases de escape, los súpercargadores al estar conectados al cigüeñal hacen que el motor pierda potencia y esta potencia perdida es recuperada además con más potencia adicional por medio del aire comprimido del súpercargador, por eso los súper cargadores son utilizados regularmente en motores grandes como los V8, porque la potencia perdida es mínima y la ganancia es mucho mayor que en un motor pequeño 

Generalmente las presiones que alcanza el turbo, (hablando de motores de calle) es mucho mayor que la de un supe cargador, digamos 15-17 psi del turbo, comparado contra 6-8 psi del súpercargador, como todo en la vida, hay sus excepciones, hay súpercargadores que pueden generar 20-25 psi, pero también requieren motores con mucho mayor potencia que un motor común.

En la gran mayoría de los súpercargadores, no se requiere un intercooler, como en los motores turbo cargados, debido a la presión que manejan, para presiones máximas de 8 psi, no se requiere intercooler. (Ya sean turbo o súper cargados) sin que esto desmerite la función del radiador de aire.

Una práctica muy común, es cambiar la polea del súper cargador, por una más pequeña, si bien, esto genera más rpm en el súper cargador, dando más presión, no es lo más recomendable, por que los baleros internos de este, giran un 12,15-20% más rápido, (en función del diámetro de la polea que se le ponga) no están diseñados para soportar este incremento, por lo que su tiempo de vida se acorta drásticamente.

Otro punto importante, es el aceite que requieren para trabajar, los súper cargadores tipo roots, o de tornillos, traen 2 depósitos de aceite, uno al frente, y otro atrás, este aceite se debe de cambiar regularmente, ya que es la vida del súper cargador tipo roots, en el caso de

los súper cargadores tipo turbina, hay algunos que se alimentan de aceite directamente del Carter del motor, y otros traen su propio aceite, el cual también deberá ser cambiado frecuentemente, en función de los hábitos de manejo.

Existen dos tipos de diseño de supercargadores fundamentales: el de tipo Roots, y el de tipo “caracol”, este último muy conocido (aunque sea gráficamente) por la mayoría de aficionados.

Fig. 5 Funcionamiento del Supercargador

3.2.1 Supercargadores tipo Roots

El supercargador Roots es una bomba de aire de desplazamiento positivo, tiene dos rotores que giran dentro de una carcasa, cada uno de dichos rotores dispone de dos o tres lóbulos, según su diseño, que pueden ser, a su vez, rectos o helicoidales. Ambos rotores se unen por unos engranajes, y éstos, a su vez, son impulsados por una correa o cadena que va enganchada al cigüeñal del propio motor. Así, la velocidad total del supercargador es de dos a tres veces mayor que la velocidad a la que esté girando el motor. La TBI (la unidad del sistema de inyección) va montada, generalmente, al lado de la admisión del aire del supercargador Roots. Este tipo de supercargador se monta indistintamente en motores carburados o de inyección, si bien en los primeros entra la mezcla de aire y combustible, mientras que en los segundos solamente fluye el aire.

El aire llena la carcasa, donde están los lóbulos de los rotores, que al girar transportan el aire atrapado en su interior a los puertos de descarga, forzándolo hacia el múltiple de admisión, o bien al enfriador intermedio.

Fig. 6 Supercargador Roots

En la actualidad, algunos cargadores Roots disponen de un embrague magnético controlado por la ECU que desconecta el dispositivo cuando el motor trabaja con poca carga. De esta forma la pérdida parásita se reduce notablemente.

3.2.2 Supercargadores en espiral o “caracol”

El supercargador en espiral se le conoce por disponer de una característica carcasa en forma de “caracol”, en cuyo interior un desplazador se mueve a su alrededor y dentro de las espirales, comprimiendo el aire en su recorrido. Como el Roots, lo mueven dos flechas, aunque en este caso una de ellas corresponde al desplazador, y otra, excéntrica, que impide que éste gire. En este tipo de cargadores es vital una correa de tiempo, que mantiene ambas flechas unidas en la relación óptima. Fig. 7 Supercargador Caracol

El aire de admisión es dividido dentro de las cámaras formadas por las espirales, atrapándolo y comprimiéndolo, impulsándolo finalmente a los puertos de salida cercanos al centro de la bomba.

Una de las maneras más seguras de aumentar la potencia de un motor es incrementando la cantidad de aire y combustible que puede quemar. Algunas opciones para esto es agregar cilindros al motor o hacer los cilindros más grandes. En muchas ocasiones esto puede no ser factible, por lo que un turbo cargador puede ser la manera más sencilla y compacta de adicionar potencia.

Los turbo cargadores permiten a un motor quemar más combustible y aire al introducir más en los cilindros. La presión típica que puede adicionar un turbo cargador es entre 6 y 8 psi. Si la presión atmosférica normal a nivel del mar es de 14.7 psi, se aprecia que estaría introduciendo alrededor de 50% más aire al motor. Como no es perfectamente eficiente, se puede esperar en realidad entre 30% y 40% de mejora en la potencia.

Una causa de la ineficiencia se debe a que la potencia requerida para girar la turbina no es gratis. Al tener una turbina en el flujo de escape aumenta la restricción del escape. Esto significa que en la fase de escape el motor tiene que empujar hacia una presión mayor.

Esto resta un poco de potencia en los cilindros que están explotando al mismo tiempo. El turbo cargador también ayuda en niveles altos de altitud donde el aire es menos denso.

Los motores normales experimentan reducción en la potencia a niveles altos ya que en cada movimiento del pistón el motor recibe menor cantidad de masa de aire. Un motor turbo cargado también tendrá una reducción en su potencia pero está menos dramática ya que el aire menos denso es más fácil de ser bombeado por el turbo cargador.

3.3 Funcionamiento de la sobrealimentación

En función de la carga y el régimen de revoluciones, la unidad de control del motor calcula el modo en que la cantidad de aire exterior debe llegar a los cilindros para generar el par solicitado. Decide a este respecto si el turbo cargador está en condiciones de generar solo la presión de sobrealimentación necesaria o si se tiene que conectar subsidiariamente el compresor.

4. METODOLOGÍA

4.1 Partes de un turbocargador y sus respectivas funcionesPrimero para la metodología del estudio se procederá a conocer las parte de un turbo cargador y sus respectivas funciones.

Sabemos que un turbo cargador al componente compuesto de dos turbinas; 1 turbina usa la fuerza derivada de los gases de escape, para girar o rotar sobre su propio eje la otra turbina recibe el nombre de compresor, debido a que recibe la fuerza rotativa de la primera, para comprimir la mezcla, y empujarla dentro de los cilindros. Sabemos que el pistón en su carrera de admisión; genera vacio, o una diferencia de presión que es llenada a través de la válvula de admisión por el peso de la presión atmosférica. Sus partes serian las siguientes:

1] Turbina del Compresor

2] Mezcla que viene del carburador

3] Mezcla comprimida que va hacia los cilindros

4] Eje o flecha, o que debe mantenerse lubricado; con

aceite que le llega del motor

5] cubierta de la turbina

6] Turbina el cargador

7] Salida de gases de Escape, hacia el sistema exterior

8] Cubierta del compresor

9] Rodaje balero o cojinete Fig. 8 Partes Turbo Cargador

10] Entrada de gases de escape, que viene del mainfold de escape

En este esquema vemos como queda instalado en un motor con carburador:

Fig. 9 Turbo cargador con carburación

Existen según la colocación en el motor dos tipos de carburadores: los “soplado” como el que hemos visto hasta ahora y los “aspirados” que se sitúan entre el filtro de aire y el turbocompresor. Los inconvenientes de esta disposición han sido siempre dos: mayor dificultad en el arranque (recorrido más largo desde el carburador al cilindro), y que el turbo trabaja con mezcla, constituyéndose en un potencial bomba. Recíprocamente, el trabajar con mezcla permite homogeneizarla a la perfección, pudiendo utilizarse un reglaje ligeramente menos rico; y a su vez, la gasolina al vaporizarse refrigera en parte al turbo. Por otra parte, el carburador puede estar como en un atmosférico, sin problemas de tener que presurizar la cuba, ni excesivas presiones sobre la mariposa.

Fig.10 Configuración de la admisión en un motor turbo

4.2 Instalación de un turbo cargadorGeneralmente a los autos fuel injection, y no tanto a los que traen carburador, porque esto, sencillo, la relación de mezcla perfecta de aire-gasolina, requiere una relación constante de 14.7 partes de aire mas una de gasolina, (esto es lo que miden las sondas lamba o medidores de mezcla a través del sensor de oxigeno), si aumenta la presión y por ende el volumen de aire en la cámara de combustión, también debe de aumentar la cantidad de gasolina, si entra poca gasolina sucede el efecto de pre ignición, lo cual daña de manera permanente al motor, es más peligroso estar falto de gasolina que el exceso de ella. Todos los motores carburados trabajan en el “lado” rico de gasolina, por eso gastan más, los fuel injection, a través de los sensores mar, map, y de oxigeno, están constantemente monitoreando cada combustión, y la computadora manda pulsos a los inyectores para proveer la cantidad de gasolina necesaria para la mezcla perfecta, o también llamada “estequiometria”, y debido a esto, es muy difícil (mas no imposible) poner turbos a motores a carburador. Por la falta de parámetros para regular la gasolina, hablando gráficamente, la respuesta de un turbo cargador es logarítmica (empieza lento, y después de un tiempo se dispara la presión, de ahí el famoso turbo lag, en cambio la respuesta de un carburador es proporcional, o sea un respuesta constante y uniforme, aunque a últimas fechas hay carburadores, sobre todo de la marca Holley, que se les puede instalar una placa de respuesta logarítmica a la aceleración.

Además del turbo cargador se requiere un múltiple de escape que conduzca los gases del escape (valga la redundancia) a través de la base de la primera turbina, y de ahí al ducto normal del escape, se requiere también: válvula de alivio, (ver apartado de las válvulas de alivio) tubería, acoples, y lo más importante, un intercooler, o radiador de aire, este radiador de aire, es muy importante, a continuación explico el por qué:

Al momento que la turbina secundaria hace pasar el aire de la atmósfera a través del mismo turbo, este aire se calienta, porque la turbina primaria se calienta en exceso por los gases del escape, y por la ley de los gases tenemos que un gas a temperatura, las moléculas se expanden, y un gas a temperaturas más bajas, las moléculas se contraen, entonces en base a esta ley, si enfriamos el aire, tendremos más moléculas de aire, en un mismo espacio, (cámara de combustión) por lo anterior, entre más grande el intercooler, mayor potencia nos dará el motor.

4.3 Selección de turbocargadoresMuchas veces la gente monta tubos no correctos o trabaja a presiones no correctas para sus aplicaciones, o incluso ambas cosas. Para ello, vamos a decir como calcular la eficiencia de nuestro turbo y así saber si estamos o no dentro de la eficiencia correcta. Para ello

necesitamos algunos valores, que iremos calculando e indispensable el mapa de la compresora, estos mapas suelen estar disponibles por el fabricante.

Para nuestro ejemplo, trabajaremos sobre un turbo Garret GT3071R de boca estrecha y wastegate interna

Fig. 11 Turbo Garret GT3071R

Para ello empezamos a calcular.

Pressure Ratio=P2c/P1c

P1c=Presión absoluta en la admisión (psia)P2c=Presión absoluta de soplado (psia)Psia=Presión absoluta, o sea a la presión se le debe sumar la presión atmosféricaPsig=Presión relativa, digamos que es la que vemos en el reloj de presión hagamos un ejemplo práctico.Si por decir así el reloj de presión marca 12 psi. Entonces

Psia =12psig+14.7 psia=26.7psia

Por lo que Pr=26.7psia/14.7psia=1.82. Esto sería en el mundo ideal, pero como no es así, hay que aplicar unas correcciones, ya que las restricciones de la admisión de la compresora producen caídas de presión, y la presión de admisión es menor que la presión estándar. Normalmente suele ser 1psi en la mayoría de los casos.

P2c=14.7psia-1psig=13.7 psia

Por lo que

Pr=(12psig+14.7psia)/13.7psia=1.95

Ahora también podemos aplicar una corrección por actitud, donde dependiendo donde estemos se debe calcular, ya que 14.7 solo es a nivel del mar. Quito por ejemplo esta a 2400 metros de altitud, con lo que la presión atmosférica es 10.4 psia, por lo que

Pr=(12psig+13.4psia)/(12.4psia-1psig)=2.22

Con esto ya sabemos a la presión que queremos trabajar, el Pressure Ratio donde se va a mover la compresora. Ahora debemos trabajar, el Pressure Ratio a Density Ratio, el Density Radio describe la cantidad de aire que entra en la compresora contra la cantidad de aire comprimido. Esto tiene dos variables, que son temperaturas y presiones de soplado. Aquí los intercooler toman una importancia alta.

Density Ratio (Dr)=(T1c/T2c)*Pr

T1c=Temperatura de admisión original

T2c=Temperatura nueva de admisión después de la compresión. Esto se puede calcular o simplemente mirando un sensor de temperatura si lo tenemos instalado en el auto. Normalmente esto suele estar entre 18º y 25º en depresión (dependiendo de temperatura exterior) y unos 28º - 35º cuando el turbo sopla y tras pasar por el intercooler mas de 40º no es bueno.

Pr=Pressure Ratio=P2c/P1c. Esto ya lo hemos calculado arriba con las variables.

Ahora debemos calcular la cantidad de aire que necesita nuestro motor, y los caballos que queremos para hacer el cálculo. Un motor tiene un flujo volumétrico que puede ser calculado por la cilindrada y la eficiencia del motor (VE), que para un motor de gasolina de 4 válvulas sin sobrealimentación esta en 80%

El flujo de aire puede ser pasado a masa (mass flow) multiplicando por la densidad del aire. A nivel del mar es de 0.076 libra por minuto de flujo de aire, (haciendo una estimacion que en el mejor de los casos son de 10.5 CV y en el peor es de 9.5 CV). Por lo que si tu quieres unos 400 CV, necesitas que tu motor y turbo genere/mueva, entre 36 y 44 libras de aire por minuto. Con estos datos podemos ver que no debemos trabajar a muy altas velocidades de turbo, ya que la eficiencia baja muchísimo y se recomienda que nunca trabajaremos por debajo de un 60% de eficiencia de la compresora. Las “islas” que vemos es la velocidad del turbo vemos es la velocidad del turbo para poder generar el pressure ratio adecuado en función del flujo

Para hacer el grafico o diagrama en el mapa necesitamos saber algunas cosas:

Potencia objetivo, la que queremos conseguir Cilindrada del motor. Si podemos saber las revoluciones a las que tenemos el par

máximo mejor. Revoluciones máximas del motor

Condiciones ambientales donde va a trabajar. Temperatura, presión barométrica (dada en pulgadas de mercurio, se pasa a psi dividiendo entre 2)

Ahora cosas que necesitamos estimar:

Eficiencia volumétrica del motor. De 95 a 99% en motores de 4 válvulas por cilindro, de 88 a 95% para 2 válvulas por cilindro. En un motor bien ajustado el valor máximo de VE suele coincidir donde se da el par máximo.

Temperatura de admisión del colector. Compresoras son buenas eficiencias suelen dar temperaturas más bajas, entre 37 y 50 para motores con intercoolers y entre 80 y 150º centígrados para sistemas sin intercooler. Para nuestro ejemplo usamos 50º

BSFC, o brake specific fuel consumption. Esto describe la cantidad de combustible necesario para generar cada caballo de potencia. En un motor turbo se suele tener entre 0.50 y 0.60, cuando más bajo, menos combustible necesita para generar la misma potencia.

Para nuestro objetivo usaremos la cifra de 400CV. Para ello vamos a buscar un turbo, que mantenga la eficiencia lo mas alta posible en el abanico más amplio de revoluciones.

Af=HP*AFR*BSFC/60Af=masa actual de aire en libras por minutoHP=caballos deseados al embragueAFR=Air/Fuel Ratio al que queremos trabajarBSFC=se divide entre 60 para convertir las libras por caballo por hora en minutos.Para nuestro ejemplo, será 400CV con una AFR DE 12 (para máxima potencia) y un BSFC de 0.55 (muy optimista)AF=400*12*(0.55/60)=44 libras por minuto de aire.

Este valor es aire necesario para conseguir esos 400CV, ahora para conseguir esas 44 libras de aire, tenemos la variable de la cilindrada y las revoluciones del motor. Es decir un motor pequeño debe subir mucho mas revoluciones para poder mover esa cantidad de aire. Por lo que ahora vamos a calcular las presiones necesarias en el colector para generar esa masa de aire.

MAP=(Wa*R*(460+Tm)/(Ve*(N/2)*Vd)

MAP=Presión absoluta en el colector en el colector de admisión para conseguir la potencia que necesitamosWa=Airflow actual en libras por minuto, (flujo de aire) R=Constante de gases=639.6Tm=Temperatura de admisión en el colector (ºF)Ve=eficiencia volumétrica del motorN=revoluciones del motorVd=Cilindrada del motor en pulgadas cubicas (Pulgadas cubicas es L=61.02)Por lo que en un motor de 2 litros de cilindradaWa=44 libras, lo hemos calculado antesTm=130ºFVE=92% en la zona de máxima potencia = 0.92N=7200 revolucionesVd=2.0 litros*61.02=122 pulgadas cubicasMap=(44*639.6*(460+130))/(0.92*(7200/2)*122)=41.1psia, esto es presión absoluta por lo que si restamos la presión atmosférica a la que nos encontramos en caso de Quito 10.4 psia=27.9psig

Normalmente por temas de restricciones, tuberías, codos y diámetros suele haber una pérdida de presión entre la presión de salida del turbo y la que le llega a cuerpo de admisión, vamos a asumir una pérdida de 2 psi, por lo que hay que añadirlo por lo que P2c=41.1+2=43.1 psia

P1c=Pamb-Pperdida=14.7 a nivel del mar -1psi=13.7 psia con lo que Pr=P2c/P1c (para motor de 2 litros)=43.1/13.7=3.14

Por lo que para nuestro ejemplo de 400CV y 2 litros, requiere 44 libras de aire por minuto, y requiere un ratio de 2.93 que son 27.9psi en el reloj de presión en Quito. Con lo que debemos mirar que a 7200rev, el turbo que queremos, de al menos 44 libras de aire, dentro de la zona de eficiencia. En el mapa del GT3071R

Podemos ver que las 44 libras (27.9 psi de presión) están dentro de nuestro pressure ratio de 2.93 en un 76 y 74% de evidencia. Con lo que son valores muy aceptables.

Repitiendo estos cálculos, a diferentes revoluciones podemos marcar nuestra línea de trabajo y saber si ese turbo será bueno en altas o medio, y así poder elegir el tamaño del turbo idóneo)

5. RESULTADOS

Fig. 12 ………………… Fig. 13 ………………….

5.2 Motor con turbocargador vs aspiracion natural

Fig.14 Turbocargador Vs Aspiración Natural

Se observa en este grafico que los motores turbo se obtiene mayor potencia a menor cilindrada y como solo se activa al acelerar a fondo conseguirás un sustancial ahorro de combustible, la diferencia con el turbo es que cuando aprietas a fondo el acelerador existe un pequeño retraso y después un tirón fuerte es cuestión de acostumbrarse, al soltar el acelerador se desactiva el turbo por lo tanto tendrás el mismo efecto frenante de un auto con motor aspirado natural, cuyo motor según la grafico no es muy rendidor.

5.3 Diferencias entre el turbo cargador, turbo compresor y SuperCargador5.3.1 El turbocompresor

Es una unidad estándar como las utilizadas en otras mecánicas, con su válvula de descarga (wastegate) para controlar su velocidad.

5.3.1.1 Ventajas:

- Al girar a 100,000 rpm (revoluciones por minuto) o más, es capaz de presurizar más cantidad de aire.

- Es más barato que un SuperCargador (hablando obviamente de capacidades similares).

- En bajas revoluciones el consumo de combustible no aumenta (básicamente funciona a mas de 2500 rpm)

- Diseño bastante simple- Funciona con los Gases de Escape (desperdicios de la combustión) por lo que no

roba nada de energía del motor.

5.3.1.2 Desventajas : - Es bastante delicado así que requiere de ciertos cuidados y mantenimientos

(recomendado cambios de aceite cada 5,000 km).- Puede llegar a mas de 750*C (celcius) así que puede sufrir daños por

sobrecalentamiento y mala lubricación.- No tiene respuesta inmediata, por lo general empiezan a presurizar entre las 2,500 y

3,000 rpm.

5.3.2 Turbo cargador Un turbo cargador es una bomba radial de ventilación accionada por la energía de los gases de escape de un motor.

5.3.2.1 Ventajas :- Aumenta la potencia del motor- Rápida generación de la presión de sobrealimentación - Pares intensos a bajas revoluciones - Sólo se activa en función de las necesidades

5.3.2.2 Desventajas :

- Requiere lubricación o refrigeración externas- La presión de sobrealimentación se genera en función del régimen y luego se

vuelve a perder una parte de la energía al someterse a regulación

5.3.3 SuperCargador5.3.3.1 Ventajas:

- Respuesta inmediata, al estar directamente a las poleas del motor la respuesta es ideal para competencia.

- No se calienta tanto como el turbo por lo que el funcionamiento es más confiable.- No requiere gran cantidad de mantenimiento.

5.3.3.2 Desventajas: - Al ser impulsado por las poleas del motor consume cierta potencia del mismo tal

como lo hace un compresor de A/A (aire Acondicionado).- Alto costo (muchas veces viene junto con el múltiple de admisión).- Capacidad de Presurización menor a la de un TurboCompresor equivalente.- Diseño más complejo y por lo tanto más pesado.

 

6 CASO EJEMPLO

A muchos carros se les puede adaptar el sistema de turbo cargador como por ejemplo el sistema de paquetes de Vortech para el Honda Civic que tiene un valor de alrededor de los $35000, esto hará que el rendimiento del motor aumente en un 30 a 50% claro que depende del tipo de turbo cargador y también de las condiciones en las que se encuentre el motor.

Vortech

Cada sistema de sobrealimentación Vortech está diseñado y desarrollado para operar como una adición perfecta al vehículo de base. Al emplear los mismos métodos que los fabricantes originales, los ingeniero crean sistemas de sobrealimentación totalmente integradas que no sólo se ven como si fueran equipos originales, sino que operan a un nivel aún más alto de sofisticación. La curva de impulso generado por compresores de Vortech está idealmente con motores altamente evolucionados de hoy, y te da una potencia cuando la necesite. El compresor y los subsistemas de tecnología avanzada se integran plenamente en la plataforma existente del vehículo produciendo una suave continuidad de la potencia y rendimiento.

Proporcionan el mejor rendimiento mientras se mantiene un margen de seguridad que se

anticipa a la mayoría de las condiciones de conducción. La mayor parte de los sistemas de sobrealimentación completos son creados con la intención de pasar las rigurosas normativas sobre emisiones. Estos sistemas ahora producen enormes números de poder incluso con un enfoque conservador.

“Palabras de Vortech”

Casi todos nuestros sistemas completos se pueden comprar como lo que llamamos kits sintonizador. Estos kits de eliminar el sistema de combustible y programación ECM , lo que le permite varias opciones de sobrealimentación y de rendimiento de modo que usted puede sintonizar a medida de su vehículo a un nivel más alto para el deporte o el uso de carreras.

7 CONCLUSIONES

No es solo instalar un turbo o súper cargador y listo como hemos podido observar lo que se debe hacer es preparar el motor para este tipo de sistema ya que el motor no podrá trabajar para ese tipo de sobre esfuerzo para el cual se lo está sometiendo.

El rendimiento aumentara en un 50% aproximadamente con uno de estos sistemas eso incluye su par, régimen entre otros factores.

También sabemos que un motor adquiere más fuerza, o potencia si en un corto periodo de tiempo, le ingresa mas mezcla claro que hay que tomar nota, que no hablamos de enriquecer la mezcla y esta función de ingresar o empujar la mezcla dentro de los cilindros, la cumple perfectamente un turbo cargador.

El turbo cargador recibe la fuerza de los gases de escape, y traslada este giro hacia la otra turbina, que se encuentra conectada con un eje o flecha a esta se le debe poner cuidado en cuanto a la lubricación de los cojinetes ya que como sabemos cuando un motor usa este tipo de componentes el aceite de motor debe cambiarse con más frecuencia, ya que se va a contaminar mas.

El turbocompresor es más eficiente en carros de 4 o 6 cilindros como los que se usan para uso diario y que uno quiere que jale y el Supercargador se utiliza más en carros de 8 cilindros que se usan en competencia de 1/8 y ¼ de milla.

También se dio a conocer que el turbo cargador en un sistema con carburador empuja mezcla pero en un sistema Fuel injection solo puede empujar aire, debido a que la gasolina, la administra el computador a través de los inyectores.

En conclusión, los turbo cargadores y/o supercargadores, empujan aire o mezcla que se encuentra dentro del sistema, los gases y el calor del escape, solo le sirven para mover la turbina del cargador y de allí siguen su recorrido hacia el exterior. Por lo expuesto es importante, que la turbina del cargador se mantenga lubricada, pues si se traba, tendríamos problemas por obstrucción.

8 RECOMENDACIONES

Hay que considerar el tema de los frenos al instalar un sistema de turbocargador o súpercargador, lo más recomendable seria adaptar un nuevo sistema el cual permita frenar al carro con el nuevo sistema de potencia, se recomienda usar el sistema Brembo o sus alternos.

Siempre para que el aumento de potencia sea mayor es preferible optimizar el motor antes de instalar un turbo cargador ya que si no se hace esto el rendimiento no aumenta en su totalidad según la hoja de especificación del fabricante.

También se recomienda usar pistones forjados cuando se instale este sistema. Se deberá adelantar el tiempo de avance y la salida al igual que la admisión. Si el sistema de transmisión es manual asegurarse que el embrague vaya a resistir el

aumento de potencia. Cuando se tienen transmisión automática es preferible adaptar un sistema de

enfriamiento para la misma.  Como dato final recomendación a personas que tengan turbocompresor en sus

carros: Hacer cambios de aceite como mínimo cada 7500 km (de preferencia cada 5000 km) y usar aceites sintéticos ya que estos no se degradan o carbonizan a altas temperaturas.

Por lo general los Turbocompresores son lubricados por aceite de motor y el agua de motor por lo tanto es necesario añadirle anticongelantes para prolongar la vida del Turbocompresor

Cuando el carro se halla estado corriendo al llegar al destino no se debe apagar luego, hay que esperar por lo menos un minuto para que el Turbocompresor se enfríe ya que llegan a alcanzar el rojo vivo

9. REFERENCIAS/BIBLIOGRAFIA

http://www.rush-works.com/articulos-tecnicos/calculo-en-mapas-de-compresora/

http://www.aficionadosalamecanica.net/carburador10.htm

ANEXO

Efectos en caso de averíaSi se avería la bomba de circulación de líquido refrigerante deja de ser posible el ciclo de continuación postmarcha y se pueden producir efectos de sobrecalentamiento. En el sistema de auto diagnosis no se detectan averías de la bomba.