28/01/05 3:15 am.
"Turbocompresor"
Si se consigue
introducir más aire en el motor se consigue mayor potencia.
Siguiendo este precepto sagrado de la mecánica, los ingenieros
crearon los célebres turbocompresores o también conocidos
"turbochargers", hoy indispensables en los motores Diesel.
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Turbocompresor |
Powerby©.-
Renault fue la primera marca en utilizar con
éxito el turbocompresor en la Fórmula Uno (en 1977) y que a
mediados de los ’80 se conseguían potencias superiores a los
1000 CV con motores de sólo 1500 cm3 de cilindrada. Claro que
las presiones de sobrealimentación superaban con holgura los 4
bares, con el consiguiente riesgo de daño para el motor.
El principio
del funcionamiento del turbo es muy sencillo. Se trata de que
entre en los cilindros más aire del que pueden aspirar sólo por
efecto de la presión. A mayor cantidad de aire, más mezcla y,
por ende, mayor rendimiento.
La forma de introducir aire es por medio de
una bomba. Cuando la bomba es accionada por el propio motor, se
habla de compresor. Cuando la bomba es accionada por los gases
de escape, hablamos de turbocompresor, que son los más
utilizados en la actualidad.
Esto se debe
a que permiten incrementar rápidamente la potencia. El problema
es que al no ser la corriente de gases constante en toda la
gama, la eficacia queda limitada a la velocidad de giro del
motor.
Ciclos de funcionamiento del
Turbo:
Funcionamiento a ralentí y carga
parcial inferior: En estas condiciones las aletas de la
turbina son impulsadas 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.
Funcionamiento a carga parcial media: Cuando la presión
en el múltiple de admisión (entre el turbo y los cilindros) se
acerca la atmosférica, se impulsa la rueda de la turbina a un
régimen de revoluciones más elevado y el aire fresco aspirado
por las aletas del compresor es precomprimido y conducido hacia
los cilindros bajo presión atmosférica o ligeramente superior,
actuando ya el turbo en su función de sobrealimentación del
motor.
Funcionamiento a carga parcial superior y plena carga: En
esta fase continúa aumentando la energía de los gases de escape
sobre la turbina del turbo y se alcanzará el valor máximo de
presión en el múltiple de admisión que debe ser limitada por un
sistema de control (válvula de descarga). En esta fase el aire
fresco aspirado por las aletas del compresor es comprimido a la
máxima presión que no debe sobrepasar los 0,9 bar en los turbos
normales y 1,2 en los turbos de geometría variable.
 Los
elementos principales que forman un turbo son el eje común (3)
que tiene en sus extremos las aletas 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.
Por otra parte el turbo sufre una constante aceleración a medida
que el motor sube de revoluciones y como no hay límite alguno en
el giro de la turbina empujada por los gases de escape, la
presión que alcanza el aire en el múltiple de admisión sometido
a la acción del compresor puede ser tal que sea más un
inconveniente que una ventaja a la hora de sobrealimentar el
motor. Por lo tanto se hace necesario el uso de otro elemento,
la válvula de alivio o válvula "waste gate" (4), la cual
permite
controlar una eventual sobrepresión (para evitar daños en el
motor) o permitir períodos de sobrepresión elevados durante
períodos muy cortos, lo que se conoce como “over-boost”.
 La
válvula de descarga o waste gate esta formada por una cápsula
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
múltiple de admisión al estar conectado al mismo por un tubo
(1). Cuando la presión del múltiple de admisión supera el valor
máximo de seguridad, desvía la membrana y comprime el muelle de
la válvula despegándola 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 desciende y
la válvula se cierra.
La
regulación de ésta mide la presión de soplado. Lo habitual es
que se ubique entre 0,7 y 0,9 bares.
En los últimos años proliferaron los turbo de
bajo soplado (entre 0,2 y 0,5 bares) en los que no se buscan
aumentos espectaculares de potencia, sino mejorar la relación
entre prestaciones y consumo.
Temperatura de funcionamiento:
 Como
se ve en la figura las temperaturas de funcionamiento en un
turbo son muy diferentes, teniendo en cuenta que la parte de los
componentes que están en contacto con los gases de escape pueden
alcanzar temperaturas muy altas (650º C), mientras que las que
están en contacto con el aire de aspiración solo alcanzan 80º C.
Estas diferencias de temperatura concentrada en una misma pieza
(eje común) determinan valores de dilatación diferentes, lo que
produce dificultades a la hora del diseño de un turbo y la
elección de los materiales que soporten estas condiciones de
trabajo adversas.
El turbo se refrigera en parte además del aceite de engrase, por
el aire de aspiración cediendo una determinada parte de su calor
al aire que fuerza a pasar por las aletas del compresor. Este
calentamiento del aire no resulta nada favorable para el motor,
ya que no sólo dilata el aire de admisión de forma que le resta
densidad y con ello riqueza en oxígeno, sino que, además, un
aire demasiado caliente en el interior del cilindro dificulta la
refrigeración de la cámara de combustión durante el barrido al
entrar el aire a una temperatura superior a la del propio
refrigerante líquido.
 Los
motores de gasolina, en los cuales las temperaturas de los gases
de escape son entre 200 y 300º C más altas que en los motores
diesel, suelen ir equipados con carcasas centrales refrigeradas
por agua. Cuando el motor está en funcionamiento, la carcasa
central se integra en el circuito de refrigeración del motor.
Tras pararse el motor, el calor que queda se expulsa utilizando
un pequeño circuito de refrigeración que funciona mediante una
bomba eléctrica de agua controlada por un termostato.
Ventajas
- Emisiones menos contaminantes al realizar la combustión con
mayor proporción de oxígeno.
- Mayor estabilidad en la curva de potencia. Un motor turbo, por
ejemplo, no pierde potencia si se va muy por encima del nivel
del mar.
- A igualdad de potencia, el consumo específico del turbo es
menor, pues tiene mejor rendimiento.
Desventajas
- Al aumentar la presión, el motor está sometido a mayores
esfuerzos.
- Un motor sobrealimentado es susceptible a que produzca una
autodetonación de la mezcla.
Recomendaciones de mantenimiento
y cuidado para los turbocompresores
El turbocompresor está diseñado para durar lo mismo que el
motor. No precisa de mantenimiento especial; limitándose sus
inspecciones a unas comprobaciones periódicas. Para garantizar
que la vida útil del turbocompresor se corresponda con la del
motor, deben cumplirse de forma estricta las siguientes
instrucciones de mantenimiento del motor que proporciona el
fabricante:
- Intervalos de cambio de aceite
- Mantenimiento del sistema de filtro de aceite
- Control de la presión de aceite
- Mantenimiento del sistema de filtro de aire
El 90% de todos los fallos que se producen en turbocompresores
se debe a las siguientes causas:
- Penetración de cuerpos extraños en la turbina o en el
compresor
- Suciedad en el aceite
- Suministro de aceite poco adecuado (presión de aceite/sistema
de filtro)
- Altas temperaturas de gases de escape (deficiencias en el
sistema de encendido/sistema de alimentación).
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"Compresor 2G" - Volkswagen |
Estos fallos se pueden evitar con un
mantenimiento frecuente. Cuando, por ejemplo, se efectúe el
mantenimiento del sistema de filtro de aire se debe tener
cuidado de que no se introduzcan fragmentos de material en el
turbocompresor.
Alternativa
El Compresor G de Volkswagen es la alternativa de la marca
alemana a los turbo. VW lo llamó “Compresor 2G” por la forma de
la espiral excéntrica que giraba dentro de una carcasa, y que se
conoce como compresores de espiral. Hoy en día prácticamente no
se usan debido a que presentan problemas de lubricación y
estanqueidad.
MeCh
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