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Sobrealimentación. Características y propiedades de los Motores turbo-intercooler

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En el turbocompresor, la turbina accionada por los gases de escape, es la que suministra la energía necesaria para mover el conjunto. - Motor en banco de pruebas.

Sin duda, en la sobrealimentación se trata de enviar a presión al aire de admisión que ingresa a los cilindros, con la finalidad de aumentar el rendimiento volumétrico o llenado de los mismos. Cabe señalar, que el nivel o grado de llenado de los cilindros del motor es superior que el alcanzado en el propulsor de aspiración natural o atmosférico.
Es lógico suponer, que a una mayor masa de aire de admisión ingresada, corresponde un mayor aporte de combustible, y la combustión de la cantidad extra o suplementaria de mezcla, genera el aumento de la PME (Presión Media Efectiva).
Esto significa el incremento del par motor y de la potencia efectiva, teniendo una misma cilindrada total, y el mismo régimen de rpm.
El valor de sobrealimentación, es el indicador del aumento de potencia, y debe ser controlado, de acuerdo al funcionamiento del motor, evitando siempre el proceso de combustión anormal denominado “detonación”.

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(1) Un excelente par motor, un caudal máximo de aire, una reacción o respuesta optima del conjunto, son las condiciones del turbo. Se busca también disminuir el peso y las dimensiones del turbo.
(2) La aplicación del turbocompresor, beneficia el logro de motores menos contaminantes, debido a la mejora del proceso de combustión. También aporta al futuro de los propulsores “downsizing”.

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(1) El intercambiador de calor o “intercooler”, es el encargado de reducir la temperatura, que se genera debido a la sobrepresión del aire aspirado, el mismo se ubica entre el turbo y el motor.
(2) En los motores de modelos deportivos, de varios cilindros, es necesario realizar un diseño especifico del conjunto de la admisión, para posicionar el “intercooler”.

Sabemos que los compresores dinámicos, están generalmente combinados o unidos a las turbinas centrípetas, de allí la denominación “turbocompresor”. La turbina gira a muy alta velocidad, movida por los gases de escape, y combinada con un compresor del tipo centrifugo.
La turbina suministra la energía necesaria para el funcionamiento del conjunto. En tanto que el compresor presuriza el aire que ingresa desde el exterior al interior de los cilindros.
La energía contenida en los gases de escape, es recuperada por la turbina, a nivel de presión y temperatura. Es decir que se aprovecha la energía, la presión, la expansión de los gases.
El compresor y la turbina unidos por un eje común, que trabaja en baño de aceite, sobre bujes, cojinetes especiales, y en las últimas épocas sobre cojinetes a rodillo o rodamientos.
En la elección de un turbo, se debe verificar que trabaje con buen rendimiento, ya que de lo contrario, en igual grado o nivel de sobrealimentación se dará una mayor temperatura del aire presurizado, y una mayor contrapresión de escape. Por otra parte, dicha elección se concreta después de una aproximación matemática, por medio de pruebas experimentales directas.

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El compresor centrífugo, es el encargado de presurizar al aire de admisión, que ingresa a los cilindros del motor. El valor de sobrepresión es controlado por la válvula “waste gate” o por el sistema TGV o VNT (de álabes variables).

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Vista exterior del turbo GARRETT-e (EAT-Electrically Assited Turbocharger), asistido electricamente.

En lo referente a la elección de la “turbina”, se recurre normalmente a un rápido método de verificación, no siendo posible lograr óptimos rendimientos en toda la gama de funcionamiento del motor.
Para determinar los valores experimentales de las curvas, a velocidad constante y con estados de carga constante del motor, es necesario compararlos sobreponiéndolos a las curvas del compresor (compresor map).
La característica de funcionamiento de un compresor centrifugo, es expresada en forma grafica, y es conveniente que la zona individualizada, de las curvas características del motor, este comprendida entre la línea limite del “bombeo” y el límite de “estrangulamiento” del compresor. Además existen dos aspectos importantes al respecto, y ellos son:

• El caudal másico elaborado, que depende de las perdidas a lo largo de los conductos de admisión, y de la mezcla con el combustible, es la misma para el compresor que para el motor.
• La relación entre la presión del aire aspirado, y del aire comprimido.

Cuando el motor debe funcionar en una amplia gama, de estados de carga y velocidades, lo primero a definir es, el máximo valor de “suministro” que el compresor debe enviar.

Este caudal generalmente coincide, con lo que requiere el motor, al régimen de máxima potencia, y se identifica con un punto; caudalrelación de compresión.

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