Todo sobre vehículos pesados.

Turbo compresor básico

VISTAS 143


Turbo compresor básico
Nuvolari Enzo ©

2019-06-13-turbo-compresor-basico-01

En el motor D 28 en V se utiliza el concepto de doble turbo-intercooler para incrementar la potencia, y cumplir con el reglamento anticontaminación.


Sin duda el estudio del turbocompresor, es la conclusión de experiencias termodinámicos, y es la recuperación de la energía contenida en los gases de escape. El turbo es la asociación de una turbina y un compresor, y cada uno de sus componentes, es decir a pesar de los problemas de cada uno de ellos; caudales, regímenes de rotación, resistencia de los apoyos al calentamiento, equilibrado dinámico de las masas rotativas, depende del acople de cada componente; turbina-compresor.
Considerando las variantes de funcionamiento (en régimen estable, o a continuación de una solicitación), el turbo es un mecanismo complejo y debe en realidad complementarse perfectamente con el motor que deberá sobrealimentar, es decir la adecuación entre las características del turbo y las del motor.
Como segunda consideración, es importante tener en cuenta, las interacciones del turbo sobre el motor, y los nuevos inconvenientes que surgen (limitación de la relación volumétrica, detonación enfriamiento de los gases de admisión, puesta a punto, resistencia de los materiales).

2019-06-13-turbo-compresor-basico-02

Turbocompresor en corte longitudinal: 1- Admisión. 2- Escape. 3- Rotor del compresor. 4- Rotor de la turbina. 5- Ingreso de los gases de escape desde el motor. 6- Entrada de aceite al cárter del turbo. 7- Salida del aceite lubricante.

2019-06-13-turbo-compresor-basico-03

Turbosobrealimentador para vehículos comerciales con turbina de doble flujo: 1- Carcasa del compresor. 2- Compresor volumétrico. 3 - Aire de admisión. 4 - Aire a presión. 5 - Entrada aceite del circuito de lubricación. 6 - Cárter de la turbina. 7 -Turbina de los gases de escape. 8 - Salida de los gases de escape. 9 - Cárter central. 10 - Gases de escape entrada. 11 - Eje común. 12 - Retorno del aceite lubricante.


Se lo puede definir al turbosobrealimentador, como una turbomáquina, como un dispositivo que asegura un intercambio de energía mecánica, entre un fluído en movimiento de circulación permanente, y un rotor en rotación permanente. Sabemos que existen dos tipos de turbomáquinas, que son; las turbomáquinas generadoras de energía. Se caracterizan debido a que el fluído recibe energía, como es el caso del aire del “compresor”.

Los turbomáquinas que reciben energía. Se caracterizan debido a que el fluído cede su energía, como es el caso de la “turbina”.
El principio de funcionamiento del compresor centrífugo, está basado en la acción de un rotor provisto de álabes sobre los filetes fluídos. El moviemiento rotativo de los filetes fluídos, que resulta creado por cada partícula elemental, genera una fuerza dirigida hacia la periferia de los álabes.
Para dirigir estos fluídos a la perfección, (el rotor gira dentro del cárter), y reducir su velocidad, se puede obtener a la salida del compresor, una presión superior a la de la entrada.

El compresor centrifugo está constituido por lo siguiente:
• El rotor: es el mecanismo que practicamente es el corazón del compresor, provisto de álabes.
• El estator: denominado también carcasa, el mismo cubre en forma total al rotor, siendo el que guía a los filetes fluidos y los canaliza hacia el difusor.
• La revuelta de entrada: que recibe los gases de entrada del compresor, y los distribuye en toda la periferia.
• El difusor: puede ser liso, o estar provisto de álabes fijos, y es el que transforma la energía cinética y potencial de los filetes fluídos, en energía recuperable bajo el aumento de presión.

2019-06-13-turbo-compresor-basico-04

Sistema de turbosobrealimentación con “intercooler”: 1- Entrada de aire desde el exterior. 2- Filtro de aire. 3- Turbocompresor. 4- Conexión con el intercooler (aire caliente a presión). 5- Intercooler o intercambiador de calor. 6- Conducto del aire enfriado hacia el motor. 7- Múltiple de admisión. 8- Ingreso del aire a presión a través de las válvulas de admisión. 9-Válvulas de escape, y salida de los gases hacia el múltiple. 10- Salida de los gases al exterior.


2019-06-13-turbo-compresor-basico-05

Detalle del “rotor caliente” de la turbina accionada por los gases de escape, y del “rotor frío” del compresor, que presuriza al aire dentro de los cilindros del motor, ambos rotores unidos por un eje único.


En cuanto a la influencia de la geometría interna del compresor, el rotor puede tener tres diseños diferentes:
Los rotores de álabes derechos, los de álabes inclinados hacia adelantes y los de álabes inclinados hacia atrás. Estos últimos, posibilitan el aumento de la superficie de de equilibrio por cada álabe, favoreciendo la circulación del aire.
Comparando los rotores con álabes inclinados hacia atrás, con otros álabes, varia el rendimiento en función de las relaciones de compresión, de caudal, y de relaciones de presión.
Respecto al enfriamiento del aire, a la salida del compresor, ya que existe un aumento de presión y temperatura del aire de admisión, sabemos que la presión es beneficiosa pero la temperatura no lo es. La elevación de la temperatura, trae como consecuencia una disminución de la masa volumétrica del aire que ingresa al motor en cada ciclo.
Esta disminución conduce a una caída de potencia, que será cada vez mayor cuanto mayor sea la temperatura. Los “intercambiadores de calor” o “intercoolers”, permitirán a los gases ceder parte de su calor, a un fluído en circulación.

Nos hemos ocupado oportunamente de los orígenes del turbo, de como funciona, de su tecnología y de su diseño. También pudimos dedicarnos a sus componentes (el compressor, la turbina, el carter central, la válvula de descarga de gases, y el mecanismo de geometría variable TGV o VNT).

Entre los puntos a tratar a continuación, estarian los siguientes; El enfriamiento a la salida del compresor, los intercambiadores de calor o “Intercoolers”, la adaptación, motor-turbo o “turbomatching”, las ventajas, el mantenimiento, y el diagnóstico de fallas.
Respecto al “enfriamiento” a la salida del compressor, el mismo se realiza debido a que la acción del turbo, produce un aumento de presión y de temperatura del aire que ingresa a los cilindros. Si el primer efecto es beneficioso, el segundo no lo es.
La elevación de la temperatura del aire, trae como consecuencia una disminución de la masa volumétrica de los gases – aire o mezcla- que ingresan al motor en cada ciclo. A través de una conocida ley de la termodinamica sabemos que, una misma masa de gas ocupa volúmenes diferentes a temperaturas diferentes. La disminución de dicha masa volumétrica en cada ciclo, produce una caida de potencia, que será mayor, cuanto mayor sea el aumento de la temperatura.

2019-06-13-turbo-compresor-basico-06

Motor de 5,5 litros de 12 cilindros en V. doble turbo intercooler


Debido a ello, el enfriamiento de los gases antes de que entren al motor “intercambiadores de calor” o “intercoolers”, permitirian a los gases ceder una parte de su calor, a un fluido en circulación.

Al respecto, existen dos tipos principales de intercambiadores.
• Los intercambiadores aire-aire En este caso, el fluido refrigerante está constituido por el aire ambiente captado en una zona fria.
• Los intercambiadores aire-líquido El fluido refrigerante está constituido por un líquido que circula por un circuito enfriado a través de un radiador generalmente se utiliza el agua, con un aditivo adecuado.

2019-06-13-turbo-compresor-basico-07

El uso de un turbo en un motor, si sus componentes mecánicos lo soportan, se traduce en un mayor llenado de los cilindros, cosa que logra forzadamente.


2019-06-13-turbo-compresor-basico-08

El uso de un turbo en un motor, si sus componentes mecánicos lo soportan, se traduce en un mayor llenado de los cilindros, cosa que logra forzadamente.


2019-06-13-turbo-compresor-basico-09

Esquema motor Diesel turbo intercooler y sus temperaturas. 1- Temperatura de aire 25ºC. 2- Temperatura de aire 120ºC. 3- Temperatura de aire 60º C.


2019-06-13-turbo-compresor-basico-10

ElVolvo D13 para Euro 6 se basa en el motor ensayado y comprobado Euro 5 de Volvo. es un nuevo motor de seis cilindros en línea con inyectores unitarios y tratamiento catalítico de los gases de escape (SCR). Para cumplir los nuevos requisitos sobre emisiones, también se utiliza la recirculación de los gases de escape (EGR), así como un filtro de partículas Diesel (DPF).


2019-06-13-turbo-compresor-basico-11

Existen dos tipos de intercoolers; los de aire-aire, y los de aire-líquido, este ultimo constituye una solución más eficáz.


2019-06-13-turbo-compresor-basico-12

La importancia de la inercia del conjunto rotores-eje, de alli el uso de materiales especiales de avanzada, que son más livianos y resisten más cargas dinámicas y térmicas.


Pueden existir sistemas denominados mixtos, con las dos técnicas. Cabe señalar que el montaje de un intercambiador de calor o “intercooler” complica en parte el sistema de sobrealimentación.
La solución aire-líquido, es en realidad una respuesta más eficáz que el intercambiador aire-aire, pero necesita un verdadero circuito de enfriamiento, incluyendo una bomba centrífuga. En el caso del turbo, el compressor trabaja en proximidad de la turbina, y de los conductos de llegada de los gases de escape, que aportan calor al ya generado por el aumento de la presión, de allí entonces la necesidad de enfriar el aire que ingresa al motor turbosobrealimentado.
Un incoveniente a resolver, es el “tiemo de respuesta” del turbocompresor debido a la inercia del rotor, a menos que se la mantenga a regímenes sostenidos por medio de entradas de aire sucesivos, y en condiciones de ser aspirados por la admission en el momento adecuado, o haciendo trabajar a dos turbos en forma alternativa. Cabe señalar que los rotores actúan como volantes de inercia.
Siguiendo con los tiempos de respuesta, está el conocido “turbo lag”, que es el tiempo que transcurre entre el accionamiento del pedal acelerar, y la disponibilidad de potencia transmitida a las ruedas del vehiculo que usa turbocompresor. Cuando más se nota, es en la retoma a bajos regímenes del motor, y cuanto mayor es la inercia del turbo y las secciones de pasaje de los gases de escape. Para disminuir o solucionar el “turbo lag” (que en ingles significa retardo o retraso), se usan compresores pequeños o turbos de geometria variable (TGV o VNT).

Solicitar más información sobre este producto
Suscribite a nuestro Newsletter Toda la información que necesitás sobre posventa y mercado automotriz, en tu casilla.
Suscribirme
Seguinos hoy!
Bolder Estudio | Web y Diseño