INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR CENTRAL TÉCNICO

DATOS INFORMATIVOS:

INTEGRANTES: Joseph Maisincho NIVEL: 5to Mecánica Automotriz ASIGNATURA: Motores V FECHA: 2015/04/06

TEMA: Los turbocompresores

INTRODUCCIÓN

Un turbocompresor es un sistema de sobrealimentación que usa una turbina centrífuga para accionar mediante un eje coaxial con ella, un compresor centrífugo para comprimir gases. Este tipo de sistemas se utiliza en motores de combustión interna alternativos, especialmente en los motores diésel.

OBJETIVO GENERAL: --Analizar el funcionamiento del turbocompresor

OBJETIVO ESPECÍFICO:

--Estructurar los diferentes subtemas del mismo --Comprender el previo funcionamiento --Diferenciar los diversos tipos de turbos existentes

MARCO TEÓRICO: Estructura y funcionamiento Los turbocompresores suelen ser de tipo centrífugo. Este tipo de compresor está formado por tres componentes básicos: rueda del compresor, difusor y caja espiral. Sirviéndose de la velocidad de rotación de la rueda, se introduce el aire axialmente y se acelera a gran velocidad. El aire abandona la rueda del compresor en dirección radial. El difusor frena el aire que fluye a gran velocidad, sin apenas pérdidas, para aumentar tanto la

presión como la temperatura. El difusor se compone de la placa de apoyo del compresor y parte del alojamiento en espiral, que a su vez recoge el aire y lo frena aún más antes de que llegue a la salida del compresor.

Características de funcionamiento

Se define normalmente mediante planos que reflejan la relación existente entre la relación de presiones y el volumen o el caudal másico. La sección del plano relativa a los compresores centrífugos está delimitada por las líneas de sobrecarga y cierre y la velocidad máxima permitida del compresor.

Ciclos de funcionamiento del Turbo

Funcionamiento a ralentí y carga parcial inferior: En estas condiciones el rodete de la turbina de los gases de escape es impulsada 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 colector de aspiración (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 el rodete 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: Aumenta la energía de los gases de escape sobre la turbina del turbo y se alcanzara el valor máximo de presión en el colector de admisión que debe ser limitada por un sistema de control (válvula de descarga). En esta fase el aire fresco aspirado por el rodete 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.

Demora de respuesta

Los motores provistos de turbocompresor padecen de una demora mayor en la disposición de la potencia que los motores atmosféricos (NA Normal Aspiration o Aspiración Normal) o con compresor mecánico, debido a que el rendimiento del turbocompresor depende de la presión ejercida por éste. En esta demora influyen la inercia del grupo (su diámetro y peso) y el volumen del colector entre la turbina y la salida de los gases de escape del cilindro.

Un turbo cargador no funciona de igual manera en distintos regímenes de motor. A bajas revoluciones, el turbo cargador no ejerce presión porque la escasa cantidad de gases no empuja con suficiente fuerza. Un turbocompresor más pequeño evita la demora en la respuesta, pero ejerce menos fuerza a altas revoluciones. Distintos fabricantes de motores han diseñado soluciones a este problema.

Un "biturbo": es un sistema con dos turbocargadores de distinto tamaño. A bajas revoluciones funciona solamente el pequeño, debido a su respuesta más rápida, y el grande funciona únicamente a altas revoluciones, ya que ejerce mayor presión.

Un "biturbo en paralelo" o "twin turbo": es un sistema con dos turbocargadores pequeños de idéntico tamaño. Al ser más pequeños como si fuera un turbocargador único, tienen una menor inercia rotacional, por lo que empiezan a generar presión a revoluciones más bajas y se disminuye la demora de respuesta.

Un "turbocargador asimétrico" consiste en poner un solo turbocargador pequeño en una bancada (la delantera en el motor V6 colocado transversalmente) dejando la otra libre. La

idea no es conseguir una gran potencia, sino que la respuesta sea rápida. Este sistema fue inventado por el fabricante sueco Saab y utilizado en el Saab 9-5 V6.

Un "biturbo secuencial": se compone de dos turbo cargadores idénticos. Cuando hay poco volumen de gases de escape se envía todo este volumen a un turbocompresor, y cuando este volumen aumenta, se reparte entre los dos turbocargadores para lograr una mayor potencia y un menor tiempo de respuesta. Este sistema es utilizado en el motor Wankel del Mazda RX-7.

Un "turbocargador de geometría variable" (VTG): consiste en un turbocompresor que tiene un mecanismo de "aletas" llamadas álabes móviles que se abren y cierran haciendo variar la velocidad de los gases de escape al entrar en la turbina. A menor caudal de gases de escape (bajas revoluciones) se cierra el paso entre los á la ves provocando que los gases aumenten la velocidad al entrar en la turbina; a mayor caudal (altas revoluciones) necesitamos más paso y estos se abren. Esto nos permite tener una presión de trabajo muy lineal en todo el régimen de trabajo del turbocargador. En motores diésel es muy común pero en motores de gasolina solo Porsche ha desarrollado un turbo que soporta más de 1000 °C en el modelo Porsche 911 turbo (2007).

Mazda, tiene un prototipo de turbo eléctrico. El sistema eléctrico del coche no puede dar suficiente caudal para el motor a altas revoluciones, pero sí a bajas; así ambos se complementan. Con baja carga y revoluciones, la ayuda eléctrica permite un rápido aumento de presión y después la turbina puede suministrar toda la potencia para comprimir el aire. Este sistema ahorra mucha más energía que combinándolo con un compresor mecánico movido por el motor.

Ventajas de usar un turbocompresor

Permite aumentar la potencia de un motor, sin la necesidad de hacer mayores cambios.

Contribuye al rescate de la energía, ya que usa como medio propulsor los gases de escape del motor.

Añade poco volumen y peso al motor, lo que permite encajarlo a un vehículo sin modificaciones externas.

Debido a que depende de la presión entre los gases de escape y el medio ambiente se auto-ajusta a cualquier altitud sobre el nivel del mar.

Funcionamiento de 2 tipos de motores

Diésel:

Lado compresor, con entrada de aire por el lado de baja presión y conexión de alta presión a la membrana de la "Waste-Gate".

En los motores diésel el turbocompresor está más difundido debido a que un motor diésel trabaja con exceso de aire al no haber mariposa, por una parte; esto significa que a igual cilindrada unitaria e igual régimen motor (rpm) entra mucho más aire en un cilindro diésel.

Por otra parte, y esto es lo más importante, las presiones alcanzadas al final de la carrera de compresión y sobre todo durante la carrera de trabajo son mucho mayores (40 a 55 bares) que en el motor de ciclo Otto (motor de gasolina) (15-25 bares). Esta alta presión, necesaria para alcanzar la alta temperatura requerida para la auto-inflamación o auto-ignición del gasóleo, es el origen de que la fuerza de los gases de escape, a igual régimen, cilindrada unitaria y carga requerida al motor sea mucho mayor en el diésel que en la gasolina.

Intercooler

El aire, al ser comprimido, se calienta y pierde densidad; es decir, en un mismo volumen tenemos menos masa de aire, por lo que es capaz de quemar menos combustible y, en consecuencia, se genera menos potencia. Además, al aumentar la temperatura de admisión aumenta el peligro de detonación, picado, o autoencendido y se reduce la vida útil de muchos componentes por exceso de temperatura, y sobreesfuerzos del grupo térmico.

Para disminuir esta problemática se interpone entre el turbocompresor y la admisión un "intercambiador de calor" o "intercooler". Este sistema reduce la temperatura del aire, con lo que se aumenta la densidad de éste, que se introduce en la cámara de combustión. En el lado negativo, los intercambiadores de calor provocan una caída de presión, por lo que se disminuye la densidad del aire, aunque en muchos casos es necesario instalar uno para evitar la detonación o auto ignición.

Existen tres tipos de intercoolers:

--Aire/aire: en estos el aire comprimido intercambia su calor con aire externo. --Aire/agua: el aire comprimido intercambia su calor con un líquido que puede ser refrigerado por un radiador o, en algunas aplicaciones, con hielo en un depósito ubicado en el interior del coche. --Criogénicos: se enfría la mezcla mediante la evaporación de un gas sobre un intercambiador aire/aire.

Línea de sobrecarga

El ancho del mapa está delimitado a la izquierda por la línea de sobrecarga. Esto es básicamente la “pérdida” del flujo de aire en la entrada del compresor. Con un caudal demasiado pequeño y una relación de presiones demasiado alta, el flujo no puede seguir adhiriéndose a la

cara de aspiración de las aspas, lo que provoca la interrupción del proceso de impulsión. La circulación de aire a través del compresor se invierta hasta que se alcance una relación de presiones estable con un caudal volumétrico positivo, se vuelve a generar presión y se repite el ciclo. Esta inestabilidad del flujo continúa con una frecuencia constante y el ruido resultante se conoce como "sobrecarga".

Plano de compresor de un turbocompresor para aplicaciones en turismos

Línea de estrangulación

El caudal volumétrico máximo del compresor centrífugo normalmente está limitado por la sección transversal en la toma del compresor. Cuando el flujo en la entrada de la rueda alcanza la velocidad sónica, ya no puede aumentar más el caudal. La línea de estrangulamiento se puede reconocer por la pronunciada pendiente descendiente que describen las líneas de velocidad a la derecha del plano del compresor.

Temperatura de funcionamiento 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 (650 ºC), mientras que los que está en contacto con el aire de aspiración solo alcanzan 80 ºC.El turbo se refrigera en parte además de por el aceite de engrase, por el aire de aspiración cediendo una determinada parte de su calor al aire que fuerza a pasar por el rodete del compresor. Este calentamiento del aire no

resulta nada favorable para el motor, ya que no solo 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 300ºC más altas que en los motores diésel, 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. En un principio cuando se empezó la aplicación de los turbocompresores a los motores de gasolina, no se tuvo en cuenta la consecuencia de las altas temperaturas que se podían alcanzar en el colector de escape y por lo tanto en el turbo que está pegado a él como bien se sabe. La consecuencia de esta imprevisión fue una cantidad considerable de turbos carbonizados, cojinetes defectuosos y pistones destruidos por culpa de la combustión detonante. Hoy en día los cárteres de los cojinetes de los turbocompresores utilizados para sobrealimentar motores otto se refrigeran exclusivamente con agua y se han desarrollado y se aplican materiales más resistentes al calor. Los fondos de los pistones de los motores turbo casi siempre se refrigeran por medio de inyección de aceite. Con estas medidas se han solucionado la mayor parte de los problemas que tienen los motores de gasolina sobrealimentados por turbocompresor, eso sí, siempre teniendo presente que si por algún motivo la temperatura de escape sobrepasa durante un tiempo prolongado el límite máximo de los 1000ºC el turbo podrá sufrir daños.

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).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.

CONCLUSIONES:

Un turbocompresor es un elemento encargado de comprimir el aire que fluye hacia el motor

Existen diversos tipos de turbos los cuales se utilizan en necesidad a la que requiere un vehículo o maquinaria.

Para la generación de presión se utilizan los gases de escape que genera el motor

RECOMENDACIONES:

En la altura un turbo se convierte en un compensador de altura. Por ejemplo en Quito los turbos pierden hasta un 30% de su potencia y el turbo viene a compensar esta deficiencia.

Un beneficio adicional de que los vehículos a diésel con turbo contaminan mucho menos que los aspirados naturalmente.

La cantidad de presión que normalmente genera un turbo es de 6 a 8 psi, (libras por pulgada cuadrada) y la presión atmosférica es de 14.7 psi a nivel del mar, lo que quiere decir que 50% más aire es inyectado al motor y por lo tanto se espera obtener 50% más potencia, pero en la realidad el resultado es un 30% a 40%.

BIBLIOGRAFÍA:

http://www.garner.com.ec/index.php?option=com_content&view=article&id=46&Itemid=70

http://es.wikipedia.org/wiki/Turbocompresor

http://www.aficionadosalamecanica.net/turbo2.htm