Archivo de noviembre, 2010

Conceptos técnicos de turbos: Qué es el A/R ?

Viernes, noviembre 5th, 2010

El A/R es una relación que se obtiene al dividir el área interior de la turbina en donde se encuentran las volutas, por el radio de la caracola desde el centro de la misma hasta su lengua, como se indica en la figura.

Los valores de A/R se expresan como .35, .47, .68, .84, 1.00, 1.15, etc.

Un A/R pequeño indica un volumen interior de la turbina pequeño y un A/R grande indica un volumen mayor.

A menor A/R la respuesta del motor se consigue a pequeñas revoluciones por minuto pero a altas revoluciones no conseguiremos el caudal suficiente. Deberemos encontrar siempre una solución de compromiso entre obtener una respuesta lo más bajo posible y tener el caudal suficiente a altas revoluciones.

Turbos y tipos de geometría variable

Viernes, noviembre 5th, 2010

* La geometría variable, mejora la respuesta del turbo a bajas revoluciones.
* Optimiza el rendimiento del turbo a todos los regímenes del motor.
* Reduce el consumo.

Geometria Variable VAT

Geometria VNT

Geometria Variable VNT OP

Función del turbocompresor

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Funcionamiento del turbo:

La principal función del turbo es ofrecer una sobrealimentación al motor, para conseguir esto se utilizan los gases de escape que hacen girar una turbina a altas velocidades. La turbina está conectada mediante un eje al turbo que se encarga de comprimir el aire hacia el colector de admisión. El turbo cuenta con una válvula que regula la presión de los gases y así evita la rotura del motor por una presión demasiado elevada.

El rendimiento del turbo aumenta a medida que aumenta la caída de presión entre la toma y la salida, es decir, cuando se retienen mas gases en entrada de la turbina como resultado de un régimen más alto, en el caso de un aumento de temperatura de los gases de escape, debido a una mayor energía de estos.

El funcionamiento característico de la turbina viene determinado por la sección transversal de flujo especifica, la sección transversal de la garganta, en la zona de transición del canal de entrada a la cámara espiral (voluta). Al reducir la sección transversal de la garganta, se contienen mas gases de escape en entrada de la turbina y aumenta el rendimiento de esta como resultado del incremento en la relación de presiones. Por lo tanto, si se reduce la sección transversal de flujo, aumentan las presiones de sobrealimentación. La zona de sección transversal de flujo de la turbina se puede modificar cambiando la carcasa de la turbina.

Además de la zona de la sección transversal de flujo de la carcasa de la turbina, la zona de salida en la toma de la rueda también afecta a la capacidad de flujo de la turbina. El mecanizado del contorno incrementa la zona de sección transversal de flujo de la turbina.

Ventajas de un motor turboalimentado

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Se consiguen muchos beneficios al turbocargar un motor:

* Un turbo puede incrementar la potencia de un motor Naftero y de un Diesel en un 35% por encima de la versión estándar. De esta manera, un motor turboalimentado de cuatro a seis cilindros.
* La carcasa de la turbina actúa como un conjunto de absorción del ruido de admisión producido por los impulsos en el colector de admisión producido por los impulsos en el colector de admisión. Debido a esto el motor es mucho mas silencioso.
* Combustión más limpia: Debido a que el turbocompresor entrega mas aire al motor, la combustión del combustible es más completa, más limpia y tiene lugar dentro de los cilindros del motor donde se realiza el trabajo.
* Limpieza de cámara y enfriamiento: Durante la sobreposición de válvula del motor, se impulsa aire limpio por la cámara de combustión limpiando todos los gases restantes y también enfriando los cabezales del cilindro, pistones y válvulas.
* Compensar la altitud: Un motor y un turbo son ajustados o controlados para mantener la presión y altitud atmosférica a nivel del mar, mientras que un motor atmosférico perderá potencia mientras gana altitud.
* Reducción de peso y volumen del motor en comparación con motores de aspiración atmosférica de similar potencia ya que los cilindros de estos últimos serán de mayores dimensiones.
* Aumento de la respuesta de aceleración del motor a régimen medio, ya que la curva del par motor se modifica, adelantándose consiguiendo una curva mas plana y de mayor valor.
* Eliminación de humos y emisiones contaminantes al realizar la combustión con una mayor aportación de oxígeno.

La evolución del TurboDiesel

Viernes, noviembre 5th, 2010

Los inicios del turbocompresor se remontan a finales del siglo XIX, cuando Gottlieb y Rudolf Diesel investigaron como incrementar la potencia del motor y reducir el consumo mediante la pre compresión del aire de combustión.

A principios del siglo XX el ingeniero suizo Alfred Büchi fue el primero en lograr la turbo alimentación por gases de escape, obteniendo un aumento de potencia superior al 40%. Esto supuso el inicio de la introducción paulatina de la turbo alimentación en la industria automovilística.

El turbocompresor se empezó a aplicar en motores de gran tamaño como por ejemplo los marinos. En el sector del motor, la turbo alimentación empezó a aplicarse en los camiones. Los primeros automóviles con motor turboalimentado fueron el Chevrolet Corvair Monza y el Oldsmobile Jetfire que aparecieron en el mercado estadounidense en los años 60. Invirtieron en ellos un gigantesco gasto técnico pero su escasa fiabilidad hizo que desaparecieran pronto del mercado.

Tras la primera crisis del petróleo en 1973, la turbo alimentación fue más aceptada en aplicaciones diesel comerciales. La entrada en vigor de restricciones de la normativa sobre emisiones a finales de los 80 produjo un gran aumento de motores turboalimentados para camión hasta el punto que hoy en día todos los camiones usan turbocompresor.

En la década de los 70 se introdujo el turbocompresor en el mundo de la competición, este hecho provocó un gran aumento de popularidad del turbo, los fabricantes de coches ofrecían algunos modelos de gama alta equipados con turbocompresor. Sin embargo esta popularidad desapareció enseguida ya que un motor gasolina turboalimentado no resultaba nada económico.

El gran descubrimiento del uso de turbo alimentación en los turismos llego el año 1978 junto al Mercedes-Benz 300 SD, el primer turismo con motor turbodiésel seguido del Volkswagen Golf Turbodiésel en 1981. Gracias al turbocompresor se podía incrementar la eficiencia del coche con motor diesel.

Actualmente el objetivo del turbo, aparte de aumentar potencia, es conseguir un motor mas limpio reduciendo las emisiones y mas económico reduciendo el consumo. Toyota se propuso el reto de crear un motor potente, limpio, con bajo consumo y además turbodiésel, de aquí nació el Toyota D-CAT.

Lo primero que llama la atención son sus 177 CV, que lo convierten en el turbodiésel más potente del mercado, para conseguirlo se utiliza un motor de 2.2 litros pero no es suficiente ya que estos motores ofrecen una media de 140 CV. El motor Toyota D-CAT está equipado con un sistema de inyección directa Common Rail, que permite mantener una presión de inyección muy alta de forma constante, un método bastante utilizado por los fabricantes pero con la diferencia de que Toyota combina unos inyectores denominados piezoeléctricos. Estos inyectores son mucho más rápido que los electromagnéticos habitualmente utilizados, pulverizan mejor el combustible permitiendo una mejor combustión.

Otro elemento importante en el aumento de potencia es el turbo de geometría variable. Este tipo de turbo permite variar la inclinación de las aspas de la turbina para conseguir mejor rendimiento incluso cuando el motor gira a pocas revoluciones. La mayoría de motores turbodiésel modernos utilizan este tipo de turbocompresor, sin embargo, en el motor Toyota el ajuste de las aspas es eléctrico y continuo, es decir, no hay ajustes preestablecidos sino que se adecuan en todo momento a las condiciones del motor para conseguir su mejor rendimiento.

Para reducir las emisiones de óxido de carbono y convertirlo en dióxido de carbono los motores modernos cuentan con catalizador, pero los motores diesel producen además, óxidos de nitrógeno y partículas sólidas que deben eliminarse antes de su expulsión por el tubo de escape. Las partículas sólidas quedan retenidas por un filtro que también debe “limpiarse” periódicamente y de forma automática. Toyota tiene diferentes medidas para reducir estas emisiones. En este caso, el Toyota D-CAT cuenta con un quinto inyector que inyecta combustible directamente en el sistema de escape para que al llegar el catalizador (que funciona a una elevada temperatura) la combustión de esta mezcla de gases y combustible separe el oxigeno que aquí se produce es el que a su vez permite quemar las partículas sólidas que quedan retenidas en el filtro.

El resultado de toda esta tecnología es que el Toyota Avensis 2.2 D-CAT con sus 177 caballos es capaz de conseguir una velocidad punta de 220 kilómetros por hora, con una aceleración de 0 a 100 km/h en 8,6 segundos y un consumo medio de tan solo 6,1 litros. Unas prestaciones casi de deportivo en una berlina y con un consumo realmente espectacular.

Detección de averías

Viernes, noviembre 5th, 2010

Los turbocompresores son maquinas rotativas que operan a altas velocidades y temperaturas. La mayoría de los daños de los turbos pueden producirse por las siguientes causas:

* Problemas relacionados con la lubricación
* Entrada de cuerpos extraños en su interior.
* Temperatura operativa extrema.
* Problemas en materiales o mano de obra.

Falta de lubricación:

La falta de una lubricación correcta puede arruinar un turbo en cuestión de segundos. Con velocidades de rotación que se acercan a las 200.000 r.p.m. en algunos modelos, todos lo cojinetes tienen que recibir una suministración de aceite que pueda lubricar y enfriar. Cuando la lubricación se ralentiza, se para o queda interrumpida por cualquier motivo, ocurre primero, contacto metal a metal en los casquillos eje y en los taladros cojinete. Sin aceite, la fricción generará calor suficiente para colocar en azul el eje y/o collarín axial. La superficie de contacto del cojinete axial, collarín y/o plato admisión porta-aros también mostrarán señales de daño. Una vez los cojinetes están dañados, aumenta “el movimiento del eje”. En lugar de girar en un movimiento perfectamente circular, el eje comienza a orbitar. A medida que aumenta la holgura del cojinete, el movimiento del eje se intensifica, y se acumula el daño produciendo que los demás elementos como axiales y taladros se dañen después. Este daño permite un movimiento más violento del eje. Cuando el movimiento del eje llega a un cierto punto, las ruedas de la turbina y compresor rozarán con sus carcasas respectivas, dañando los álabes y haciendo retrocedes la tuerca de la turbina. Una vez rotos los álabes se producen una descompensación que provocará la rotura del eje.

Falta de lubricación y desgaste por juego axial:

Si en el supuesto, el turbo deja de operar cuando comienza el problema, el daño puede no ser tan extenso como se describe. Pero dado el efecto inmediato de la lubricación insuficiente, el usuario puede no ser capaz de reaccionar rápidamente para solucionar el problema. Cuando la unidad ha sido dañada, normalmente expieza por los casquillos y el eje, que este se extiende hacia las ruedas, provocando grandes destrozos en las turbinas como muestra en la figura inferior.

Carcasa Central enloada:

Incluso el aceite “Premium”, se descompone si las temperaturas suben lo suficiente durante la operación o paro. Cuando estas temperaturas llegan a la carcasa central, se forman depósitos en su interior. A medida que se acumulan los depósitos quedan restringidas las vías de aceite a través de la unidad elevando más las temperaturas y agravando el problema. Obviamente, una vez se inicia el problema, no puede controlarse sin la identificación y corrección de todas las causas.

Cuerpo extraño en el aceite:

Concurrente con la formación de estos depósitos en la carcasa central, las vías de suministro de aceite y de drenaje se restringen. Estos depósitos migran para llenar la mayor parte de las líneas de suministro de aceite y de drenaje. Los depósitos de de carbón granular, parte del suministro de aceite a los cojinetes, daña las superficies y aumenta las holguras o se acumula en las superficies del cojinete, disminuyendo el espacio para que se desarrollen las películas de aceite y taponen los agujeros de engrase de los casquillos. Todos estos depósitos alteran el sistema de cojinetes e impiden la operación normal (a esto le llamamos cuerpo extraño en el aceite). Provocando un daño excesivo del cojinete por material extraño en el aceite llevará eventualmente a movimiento del eje y, finalmente, fallo del turbocompresor. Otros problemas de lubricación son como baja presión del aceite, grado incorrecto del aceite o no cambiarlo lo suficiente afectarán eventualmente los cojinetes del turbocompresor.

Elevadas temperaturas en el escape:

Generalmente, el origen del calor que causa el problema procede de los gases de escape. Las temperaturas de escape elevadas pueden producir las relaciones incorrectas aire/combustible del motor, problemas de sincronización, sistemas de escape restringidos, mal funcionamiento del sensor de oxigeno del sensor de escape u otros problemas del sistema de control del motor. Las temperaturas excesivas de escape pueden dañar al turbocompresor directa o indirectamente. Con daño directo, las temperaturas excesivas sobrecalientan la carcasa central y de la turbina descomponiendo materiales del cuerpo pasando a los agujeros de engrase y provocando daños en los casquillos y cojinetes. Puede originarse un roce de rueda reduciendo la velocidad del eje y de los casquillos. Mientras tanto, el material de la carcasa erosionada llega a separarse y convirtiéndose en un objeto extraño. También puede originarse un agrietamiento de la carcasa de turbina como resultado de las excesivas temperaturas. El daño indirecto ocurre por temperaturas de escape excesivas cuando el conjunto rotativo comienza a girar más rápido que la velocidad operativa designada para dicho turbo, debido a la energía del calor adicional. Si esto sucede, la rueda del compresor puede destruirse debido al alto esfuerzo de carga. La rueda de turbina se destruye debido al esfuerzo producido por las altas temperaturas y a la elevada velocidad.

Paro en altas temperaturas y sobrecarga continuada:

En muchas ocasiones tenemos problemas que han surgido en la reparación del turbo anterior y se han reproducido de nuevo. Por ejemplo: Cuando un motor vaya largo de combustible es igual a avería, (sobrecarga/mas caudal) por aumento de temperatura, en consecuencia puede provocar una avería muy importante al turbo hasta provocar su destrucción, esto es debido a una sobrecarga de caudal provocando un aumento de temperatura del motor no se eleve, el caudal de las bombas sea el correcto y en las retenciones de escape, que provocan un aumento muy importante de temperatura al no poder evacuar correctamente los gases. Agrietamiento válvulas by-pass

La rotura del asiento de la válvula viene provocada debido a las altas temperaturas y fuertes tensiones que tiene la zona de escape. Una de las averías más usuales es cuando los vehículos pierden potencia, debido a una grieta en el asiento de la válvula by-pass, y esto ocasiona una fuga de gases. Otro punto que no deja de ser importante es el actuador sobre la válvula que se encuentra bien regulado. Los actuadores de válvula “poppet” dependen hasta cierto punto de la vibración del motor para superar la fricción estática.

Descompensación de material por temperaturas elevadas:

Cuando hay un exceso de temperaturas, el conjunto del turbo empieza a girar más rápido que la operación operativa, es debido a la energía de calor adicional. Si esto llega a suceder, la rueda del compresor puede llegar a destruirse debido al gran esfuerzo de sobrecarga continuada en el motor.

Cuando hay una descomposición de material, no solo puede dañar solamente al turbo, si no que, pueden ser trasladadas a la cámara de combustión del motor, provocando la fusión de los materiales, una posible perforación de pistones y gripamiento de los mismos. Si esto sucede, se tiene que tener mucha precaución en retirar todos los restos de materiales del motor y la localización de la avería, de lo contrario, la avería se repetirá.

Cuando un objeto extraño entre el compresor o turbina, daña rápidamente el turbo. Esto se encuentra bajo una inspección previa se puede ver el material que ha ocasionado dicha destrucción. Este objeto extraño que ha impactado contra los alabes de la turbina provocando una destrucción de lo mismo, además de un desequilibrio del conjunto rotativo que afecta al movimiento del eje en su propio alojamiento.

Una vez llegado a la conclusión de la avería, también hay que tener una especial atención, que no haya penetrado algún material en la admisión o en el filtro.

Objeto extraño en la turbina:

Cuando la rueda compensadora es dañada por la penetración de algún cuerpo extraño en el rodete de admisión, el daño, se extiende hasta el cuerpo central y en los cojinetes llegando a provocar una descompensación total e incluso la rotura del eje.

Rotura del eje:

Una causa común de rotura, podría suceder por un impacto al rodete, provocando un desequilibrio total al turbo, con una descompensación y unas altas vibraciones que el eje no puede absorber, con la cual provoca el razonamiento de la turbina y en consecuencia la rotura del eje.

Otra causa común de rotura, es la sobrecarga del turbo continuada, el cual provocará una velocidad excesiva a la rueda compresora, vibraciones y desequilibrio en el turbo llegando a la rotura del eje. La inyección también debe ser revisada por si acaso no este largo de combustible provocando una excesiva subida de temperatura y también provocando la rotura del eje.

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Turbo de geometría variable

Viernes, noviembre 5th, 2010

FUNCIONAMIENTO
El turbo de geometría variable se diferencia de los turbos convencionales en la utilización de un plato en el que van montados unos alabes móviles que son orientados todos a la vez en un ángulo determinado mediante un mecanismo de varilla y palancas empujadas por una cápsula mecánica.
Para conseguir la máxima compresión del aire a bajas revoluciones deben cerrarse los alabes provocando una disminución de sección entre ellos y por lo tanto un aumento de velocidad de los gases de escape que inciden con mayor fuerza sobre las paletas del rodete. Cuando el motor aumenta de r.p.m. y aumenta la presión de soplado en el colector de admisión, la cápsula neumática lo detecta a través de un turbo conectado directamente al colector de admisión y lo transforma en un movimiento que empuja el sistema de mando de los alabes para que estos se muevan a una posición de apertura que hace disminuir la velocidad de los gases de escape que inciden sobre la turbina.
Los alabes van insertados sobre una corona, pudiendo regularse el vástago roscado de unión a la cápsula neumática para que los alabes abran antes o después. Si estos se encuentran en apertura máxima indica que hay una avería ya que la máxima apertura la adoptan para la función de emergencia.

GESTION ELECTRONICA DE LA GESTION DEL TURBO
Con la utilización de la gestión electrónica tanto en los motores de gasolina como en los diesel, la regulación del control de la presión del turbo ya no se deja en manos de una válvula de accionamiento mecánico como es la válvula wastegate, que está sometida a altas temperaturas y sus componentes son: el muelle y la membrana; sufren deformaciones y desgastes que influyen en un mal control de la presión del turbo, además que no tienen en cuenta factores tan importantes para el buen funcionamiento del motor como son la altitud y la temperatura ambiente.

Denominación de los Modelos GT

Viernes, noviembre 5th, 2010

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Los modelos GT usan un nuevo sistema de denominación. Este nuevo sistema ha sido introducido para permitir una identificación, de las características del turbo más fácil.

Los nuevos modelos pueden tener hasta un máximo de 10 dígitos, que especifican su rango, medida de la rueda compresora y demás características del turbo. La utilización de las antiguas denominaciones no se utilizará más.

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