Diferencia entre revisiones de «Turbocompresor»
| Línea 90: | Línea 90: | ||
[[Categoría:Motores de combustión interna]] |
[[Categoría:Motores de combustión interna]] |
||
[[Categoría:Automoción]] |
|||
[[af:Turbo-aanjaer]] |
[[af:Turbo-aanjaer]] |
||
Revisión del 22:51 9 jul 2009
Un turbocompresor es un sistema de sobrealimentación que usa una turbina para comprimir gases. Este tipo de sistemas se suele utilizar en motores de combustión interna, En algunos países, la carga impositiva sobre los automóviles depende de la cilindrada del motor. Como un motor con turbocompresor tiene una mayor potencia máxima para una cilindrada dada, estos modelos pagan menos impuestos que los que no tienen turbocompresor.
Funcionamiento
En automoción, el turbocompresor consiste en una turbina movida por los gases de escape de un motor de explosión, en cuyo eje se fija solidariamente un compresor centrífugo que toma el aire a presión atmosférica después de pasar por el filtro de aire y luego lo comprime para introducirlo en los cilindros a mayor presion que la atmosférica. Este aumento de la presión consigue introducir en el cilindro una mayor cantidad de oxigeno que el volumen normal que el cilindro aspiraria a presión atmosférica, obteniendo el motor más potencia que un motor atmosférico de cilindrada equivalente, para las mismas cantidades de combustible.
Los turbocompresores más pequeños y de presión de soplado más baja ejercen una presión máxima de 0,25 bar (3,625 psi), mientras que los más grandes alcanzan los 1,5 bar (21,75 psi). En motores de competición se llega a presiones de 3 y 8 bar. dependiendo de si el motor es gasolina o Diesel
Como la energía utilizada para comprimir el aire de admisión proviene de los gases de escape, este sistema no resta potencia al motor cuando el turbocompresor esta trabajando, si provoca perdidas fuera del rango de trabajo del turbo, a diferencia de otros, como los sistemas con compresor mecánico (sistemas en los que el compresor es accionado por una polea conectada al cigüeñal).
Utilización en distinto tipos de motores
Diésel
En los motores diésel el turbocompresor está más difundido debido a que un motor diésel trabaja por autoencendido; es decir, el combustible se enciende espontáneamente al aumentar la temperatura del mismo. Esta temperatura es lograda por el aumento de la presión de la carga de aire en el cilindro durante la fase de compresión y, al alcanzarse la más alta temperatura de la carga de aire, el gasóleo es inyectado, haciendo combustión espontáneamente, obviando el sistema de encendido. Al aumentar el volumen de la carga de aire durante el ciclo de admisión mediante el uso de un turbocompresor, se logra aumentar considerablemente el rendimiento del motor así como su capacidad de respuesta.
Los autos a Diesel estan comenzando a mejorar sus prestaciones debido a los avances en los turbocompresores que ahora ocupan menos espacio del que solian ocupar permitiendo una combustion optima con menor esfuerzo para los inyectores y los motores.
Gasolina
En los motores a gasolina/nafteros, el combustible se inyecta en el paso entre el turbocompresor y la cámara de combustión (múltiple de admisión)o directamente en la cámara si es inyección directa.
En los motores a gasolina/nafteros, se debe reducir la relación de compresión para evitar el autoencendido. Esto produce una disminución del rendimiento que se compensa con la presión de aire extra que entra dentro la cámara de compresión con la cual el motor desarrolla mucha más potencia que un motor atmosférico a idénticas condiciones. Por ejemplo un motor atmosférico convencional de 2000cc desarrolla alrededor de 150cv, un motor 2000cc turbo convencional desarrolla alrededor de 250cv.
Debido a que los motores a gasolina/nafteros incorporan una valvula de"mariposa" accionada por el acelerador, o eléctricamente o mecánicamente por un cable, la cual regula la cantidad de aire que entra en el motor y esto es la base para calcular la mezcla combustible/aire a inyectar en los cilindros.
Es muy recomendable la utilización de una válvula adicional llamada "blow-off" entre el turbocompresor y la valvula de "mariposa" de la admisión. Al cerrar la mariposa de forma repentina se crea un aumento de presión llamada golpe de ariete este se desplaza por los tubos buscando una salida, si no la hay esta presión intenta retroceder por el turbo provocando una reducción de su velocidad de giro y una reducción del caudal de aire aportado; estos factores llevan al turbocompresor a un área de trabajo inestable conocida como "surge", que, de no ser evitada provoca sobresfuerzos al turbocompresor. Para evitarla, la blow-off libera parte del pressión proveniente del turbocompresor. Las blow-off pueden recircular el exceso de presión a la entrada de la admisión (en este caso se llaman válvulas wastegate,"diverter" o "desviadora") y válvulas blow-off propiamente dichas, que descargan la presión al exterior produciendo un sonido característico. Las valvulas blow-off normalmente funcionan por depresión del motor cuando tenemos el accelerador sin presionar és decir la valvula de "mariposa" cerrada o parcialmente cerrada.
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 detonacion, picado, o autoencendido y se reduce la vida útil de muchos componentes por exceso de temperatura, y sobreesfuerzos del grupo termico.
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 recupera la densidad de éste, y aumenta tambien la cantida de oxigeno, que intruducimos en la camara de combustión.
Existen 3 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. Para todos los motores sirve el gas natural.
Demora de respuesta
Los motores provistos de turbocompresores 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 turbocompresor no funciona de igual manera en distintos regímenes de motor. A bajas revoluciones, el turbocompresor 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 turbocompresores 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 turbocompresores pequeños de idéntico tamaño. Al ser más pequeños que si fuera un turbocompresor 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 "turbocompresor asimétrico" consiste poner un solo turbocompresor 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 turbocompresores 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 turbocompresores para lograr una mayor potencia y un menor tiempo de respuesta. Este sistema es utilizado en el motor Wankel del Mazda RX-7.
Un "turbocompresor de geometria variable" ( VTG ) consiste en un turbocompresor que tiene un mecanismo de "aletas" llamadas álabe 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 álabe provocando que los gases aumenten la velocidad al entrar enla turbina, a mayor caudal (altas revoluciones) necesitamos más paso y estos se abren. Esto nos permite tener una pressión de trabajo muy lineal en todo el regimen de trabajo del turbocompresor. En motores diesel és muy común pero en motores de gasolina solo Porsche ha desarrollado un turbo que aguanta màs de 1000ºC en el modelo Porsche 911 turbo(2007).
También Mazda, tiene un prototipo de turbo eléctrico.[1] El sistema eléctrico del coche no puede dar suficiente caudal para el motor a altas revoluciones, pero si 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.
El sistema acompañado por un compresor mecánico ha tenido muy buenos resultado en prestaciones y consumo en el motor TSI de VW.
Evolución del turbocompresor
Actualmente se está cambiando la filosofía de aplicación de los turbocompresores, antes primaba la potencia a altas revoluciones y ahora cada vez más, que el coche responda bien en todo el régimen de giro de uso.
La válvula llamada waste-gate evita presiones excesivas que dañen el motor. En algunos modelos esta presión excesiva es mantenida durante un corto período de tiempo, alrededor de un minuto, cuando se pisa el acelerador a fondo. Estos sistemas se denominan overdrive u overboost.
Refrigeración
Normalmente el turbocompresor suele estar refrigerado con aceite que circula mientras el motor esta en marcha. Si se apaga bruscamente el motor después de un uso intensivo, y el turbocompresor esta muy caliente, el aceite que refrigera los cojinetes del turbocompresor se queda estancado y su temperatura aumenta, con lo que se puede empezar a carbonizar, disminuyendo su capacidad lubricante y acortando la vida útil del turbocompresor.
El Turbo Timer es un sistema que mantiene circulando el aceite en el turbocompresor durante un lapso de tiempo después del apagado del motor. Algunos modelos funcionan con sensores que detectan la intensidad en el uso del turbocompresor para permitir la lubricación forzada del mismo por un tiempo prudencial después del apagado del motor.