Algo sobre turbos

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Motor de 1,6 litros y 210 HP. Turbo-intercooler-GM/Opel OPC.

Respecto a la evaluación del turbocompresor, sabemos que el mismo se ha estado adaptando a los avances y a las exigencias del motor de combustión interna, tanto del ciclo Otto como de ciclo Diesel. Sin duda, estos avances provocaron la necesidad de desarrollar profundamente los aspectos metalúrgicos, mecánicos, de diseño, como también el área de la electrónica (sensores, actuadores, etc.). Todo esto generará una producción de nuevos turbos, incluyendo a aquellos aptos para muy bajas cilindradas.

Todos conocemos la potencialidad mecánica del turbo, y que no solo es montado para que un determinado propulsor -de nafta/gasolinapor ejemplo, aumente su potencia. No debemos olvidarnos, que los motores de ciclo Otto tienen un rendimiento del 30 por ciento aproximadamente.

Indiscutiblemente, la investigación y el desarrollo en el campo de la sobrealimentación por turbo, se orienta hacia lo siguiente;
• La geometría variable.
• La miniaturización.
• Los materiales de avanzada.
• La electrónica.

Existen así turbosobrealimentadores aptos para motores de entre 1 y 1,4 litros, que pesan cerca de 3 kg. En seco, con válvulas de descarga “waste gate”, con apoyos lisos soportados por un cárter refrigerado por agua, con motores de 35 a 40 mm de diámetro, capaces de alcanzar velocidades de 300.000 rpm.

En lo referente a la geometría variable, la misma se basa en la modificación de lo que se denomina la “permeabilidad” de la turbina, para regular la velocidad del motor.

La técnica usada por distintos fabricantes, se basa en posicionar álabes móviles o aletas sobre una corona o anillo, en la entrada de cárter de la turbina.

En bajas velocidades del motor, que corresponde a reducidos caudales de gases de escape, se inclinan a los álabes de manera de reducir el pasaje de dichos gases. La velocidad de entrada de los gases al motor de la turbina, y la salida, permanece elevada, la turbina recupera así un aumento de energía que el compresor puede aprovechar, para el mejoramiento de la sobrealimentación a bajos regímenes.

A altas velocidades del motor, cuando el caudal de gases es de importancia, se abre, se agranda el espacio entre álabes. De esta manera, las características de la turbina se adaptan al flujo gaseoso, para brindar la máxima energía en todas las velocidades. En lo referente al rendimiento del motor, el cárter de la turbina de la geometría variable combina los resultados obtenidos con un cárter de poca “permeabilidad” (alto par motor a baja velocidad), con un cárter de gran “permeabilidad” (alta potencia a alto régimen).

Sin dudas, la geometría variable, es una forma de regular la presión de sobrealimentación. De acuerdo a la llamada “permeabilidad” de la turbina, los gases de escape entregarán al motor la energía necesaria para obtener del compresor la sobrepresión correcta.

La inclinación de los álabes al mismo tiempo, es comandada mecánicamente por un anillo o corona exterior accionada por un regulador neumático. La geometría variable, reemplaza a la válvula de descarga tipo “waste gate” ahorrando energía.

En el caso de un motor con sistema de inyección de nafta/gasolina indirecto multipunto secuencial, la energía disponible en exceso podría ser usada para enfriar en parte la cámara de combustión.

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En la actualidad, el diseño y la construcción del turbo se orienta hacia la miniaturización y al uso de nuevos materiales, con el aporte de las electrónica.

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La geometría variable, se basa en la modificación de la “permeabilidad” de la turbina caliente de escape, para regular la velocidad del motor. A- Permeabilidad reducida (alto par motor) B- Gran permeabilidad. (alta potencia).

Respecto a los materiales de avanzada, en especial en los motores de ciclo Otto, su uso se basa en poder incrementar las temperaturas de trabajo de su ciclo en función de un mejor rendimiento energético.

Los sectores de investigación trabajan constantemente, para poder utilizar las “cerámicas”, que pueden proteger las superficies en contacto con los gases a elevadas temperaturas, como por ejemplo; los conductos de escape de la tapa de cilindros, las cámaras de combustión, y las cabezas de válvulas y de pistones.

Para que los turbos modernos puedan actuar con eficacia con los motores actuales, tendrán que soportar gases con altísimas temperaturas, es decir entre 1.100 y 1.200 grados c. Uno de los objetivos en la construcción de un turbo, es evitar, el pasaje del flujo de calor entre la turbina y el cárter central, además la turbina misma necesita del uso de la cerámica. Al respecto, cada fabricante está en la búsqueda, y cada uno de ellos tiene sus propias soluciones secretas en muchos casos. Además de su resistencia a la temperatura, la construcción del motor de la turbina en cerámica se justifica por su bajo peso. La densidad de la cerámica es de casi la mitad de la aleación metálica, y el momento de inercia polar de la pieza terminada es del 50 por ciento menos en forma aproximada. Por lo tanto, el tiempo de respuesta del turbo es pequeño, es decir, es una ventaja para las aceleraciones del motor naftero.

En definitiva, el diseño del turbo se orienta hacia la miniaturización, el rotor de la turbina construido en cerámica es la posibilidad del futuro.

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En los motores actuales, de alto rendimiento, se busca usar materiales cerámicos, para proteger las superficies de contacto con los gases de escape a elevadas temperaturas.

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