Archivo de enero, 2011

TurboCoche

Miércoles, enero 12th, 2011

En www.turbocoche.com podrá encontrar los turbos de coches más baratos del mercado.

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 suele utilizar en motores de combustión interna alternativos, especialmente en los motores diésel. 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.

Contenido

  • 1 Funcionamiento
  • 2 Funcionamiento en distintos tipos de motores
    • 2.1 Diésel
  • 3 Regulación del turbocompresor
    • 3.1 Gasolina
  • 4 Intercooler
  • 5 Demora de respuesta
    • 5.1 Overboost
  • 6 Evolución del turbocompresor
  • 7 Refrigeración

Funcionamiento

En los motores sobrealimentados mediante este sistema, el turbocompresor consiste en una turbina accionada por los gases de escape del 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 presión que la atmosférica.

Los gases de escape inciden radialmente en la turbina, saliendo axialmente, después de ceder gran parte de su energía interna (mecánica + térmica) a la misma.

El aire entre al compresor axialmente, saliendo radialmente, con el efecto secundario negativo de un aumento de la temperatura más o menos considerable. Este efecto se contrarresta en gran medida con el intercooler.

Este aumento de la presión consigue introducir en el cilindro una mayor cantidad de oxígeno (masa) que la masa normal que el cilindro aspiraría a presión atmosférica, obteniéndose más par motor en cada carrera útil (carrera de expansión) y por lo tanto más potencia que un motor atmosférico de cilindrada equivalente, y con un incremento de consumo proporcional al aumento de masa de aire en el motor de gasolina. En los diésel la masa de aire no es proporcional al caudal de combustible, siempre entra aire en exceso al carecer de mariposa, por ello es en este tipo de motores en donde se ha encontrado su máxima aplicación (motor turbodiesel).

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 bares dependiendo de si el motor es gasolina o diésel.

Como la energía utilizada para comprimir el aire de admisión proviene de los gases de escape, que se desecharía en un motor atmosférico, no resta potencia al motor cuando el turbocompresor está trabajando, tampoco provoca pérdidas 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).

Funcionamiento en distintos 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.

Regulación del turbocompresor

En muchos casos, y según el tamaño del turbo, con objeto de limitar el exceso de presión cuando la turbina trabaja a máximas revoluciones (por ejemplo subiendo una cuesta prolongada con el acelerador a tope) existe un dispositivo mecánico de regulación, una válvula de descarga (Waste-gate) que desvía mediante una derivación o Bypass parte o todo de los gases, limitando de esta manera el régimen de la turbina y por tanto del compresor.

Salida del lado de baja presión de a turbina (izquierda) y válvula Waste-gate en estado de reposo (cerrado).

Es preciso dejar claro que la presión que proporciona el turbo no depende exclusivamente del régimen motor (rpm) sino también sobre la carga del motor, la cual corresponde al par motor que tiene que darnos el motor para un régimen determinado. Esto significa que a un determinado motor, en un primer caso subiendo una pendiente del 0,3% a 3000 rpm y en un segundo caso bajándola a las mismas 3000 rpm, no le pedimos la misma carga y por tanto no entregará a la transmisión el mismo par motor en los dos casos, es decir la fuerza de la combustión es menor bajando, por tanto lo mismo ocurre con la de los gases de escape y finalmente con las rpm de la turbina.

Los vehículos diésel hoy día no se conciben sin un turbocompresor. Gracias al aumento imparable del par motor a través de estas últimas décadas, un motor diésel de inyección directa de 1.5 L. de cilindrada rinde a las mismas revoluciones (4000) más potencia (102CV, Motor Hyundai-Kia 1.5 Crdi 16v) que un diésel atmosférico de hace 30 años del doble de cilindrada con precámara (80CV, motor Mercedes-Benz OM617 de 5 cilindros, 3.0 L de Mercedes-Benz de los años 70).

Gasolina

En los motores de gasolina, bencina o nafta, el combustible se inyecta en el paso entre el turbocompresor y la cámara de combustión (colector o múltiple de admisión) o directamente en la cámara si es inyección directa.

En motores gasolina, se debe reducir la relación de compresión para evitar el autoencendido. Esto, que se hace normalmente rebajando la parte central de la cabeza del pistón, produce una disminución del rendimiento teórico del ciclo, el cual sin embargo se compensa con la presión de aire extra que entra dentro la cámara de compresión con la cual el motor desarrolla mucho más par y por tanto potencia que un motor atmosférico a idénticas condiciones. Por ejemplo un motor atmosférico convencional de 1.000 CM3 desarrolla alrededor de 50 CV, un motor 1.000 CM3 turboalimentado convencional desarrolla alrededor de 100 CV.

Los motores de gasolina se controlan mediante una válvula de mariposa accionada por el acelerador eléctricamente o mecánicamente por un cable, la cual regula la cantidad de mezcla aire/combustible que entra en el motor. Mediante un sistema mecánico (carburador) o electrónico (inyección) se dosifica la cantidad de gasolina para que por mucho que cambie la cantidad de mezcla combustible/aire que alimentan los cilindros, se mantenga la relación estequiométrica de 14,7 partes de aire en peso por una de gasolina.

Es muy recomendable la utilización de una válvula adicional llamada “blow-off” entre el turbocompresor y la válvula 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 de la presión proveniente del turbocompresor. Las blow-off pueden recircular el exceso de presión a la entrada de la admisión (en este caso se llaman válvulas recirculadoras,”diverter” o “desviadora”) y válvulas blow-off propiamente dichas, que descargan la presión al exterior produciendo un sonido característico. La válvula blow off funciona accionada, mediante la depresión del colector de admisión, esta crea un vacío sobre el pistón de la válvula, cuando esta supera cierto valor (supera la fuerza del muelle antagonista) esta se abre y deja salir el aire.

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, y que introducimos 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 autoignición.

Existen tres tipos de intercoolers:

  1. Aire/aire: en estos el aire comprimido intercambia su calor con aire externo.
  2. 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.
  3. Criogénicos: se enfría la mezcla mediante la evaporación de un gas sobre un intercambiador aire/aire.

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 en 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 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 álabes 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 turbocompresor. En motores diésel es muy común pero en motores de gasolina solo Porsche ha desarrollado un turbo que aguanta más de 1000 °C en el modelo Porsche 911 turbo (2007).

También 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.

El sistema acompañado por un compresor mecánico ha tenido muy buenos resultados en prestaciones y consumos en el motor TSI de VW.

Overboost

Se conoce como Overboost el periodo durante el cual el sistema produce a plena carga una presión de sobrealimentación mayor a la normal, con objetivo de aumentar el par motor.

Actualmente este sistema, con el control electrónico adecuado, puede tener en cuenta diferentes factores como la carga o la relación de cambio. Actuales VTG, etc.

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. La waste-gate o válvula de descarga es la que regula que cantidad de gases de escape se fugan de la caracola del turbo directamente hacia el escape mediante la apertura de la válvula, de esa forma a mas gases fugados menos presión de turbo, con la válvula cerrada se alcanza la máxima presión del turbo al pasar todos los gases de escape por la caracola.

La dump valve o válvula de alivio (mal llamada válvula de descarga por el ruido tan peculiar que hace al descargar al aire…) abre una fuga en el conducto de admisión cuando se deja de acelerar para que la presión generada por la enorme inercia del turbo no sature estos conductos, evitando al mismo tiempo la brusca deceleración de la turbina, alargando su vida útil.

Refrigeración

Normalmente el turbocompresor suele estar refrigerado con aceite que circula mientras el motor está en marcha. Si se apaga bruscamente el motor después de un uso intensivo, y el turbocompresor está 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.

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Localización de la chapa de un turbo

Lunes, enero 10th, 2011

Localizacion chapa de un turbo

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Interior de un turbo

Lunes, enero 10th, 2011

Seccion de un turbo

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Partes de un turbo

Lunes, enero 10th, 2011

Partes del turbo

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¿Si el Otto presenta “problemas” a la sobrealimentación con turbos , por que se usa?

Lunes, enero 3rd, 2011

Limitar la presión máxima en los turbos se hace importante , tanto en diesel, ( es posible rebasar la capacidad de aguante de la culata ) como en OTTO, en estos se suma la necesidad de rebajar la temperatura final de compresión que puede provocar el autoencendido, o la detonación en según que circunstancias.

Para evitarlo sin llegar a enriquecimiento no tolerables por las normas anticontaminación , se reduce la presión de alimentación , generándose los turbos de bajo soplado, de esta forma se dispone de una mejora en la capacidad de respuesta pero sin llegar a valores excesivamente altos de par y potencia.

La introducción de la electrónica en el control de las gestión del motor , y los sensores de detonación han generado que se puede estar montando turbos en motores de gasolina garantizando su funcionamiento incluso en niveles de sobrealimentación elevados , debido al control exhaustivo que se tiene del ciclo en cada vuelta, actuando sobre encendido o tarado de la presión del turbo , para evitar el problema de detonación, sin necesidad de renunciar a altas prestaciones.

¿Por qué el diesel tolera mejor el turbo que los motores otto?

Lunes, enero 3rd, 2011

El turbocompresor es la forma mas barata de sobrealimentar , ya que aprovecha la energía residual de los gases de escape y se obtiene buenas capacidades de sobrealimentar tanto en bajo caudal como en altos regímenes.

Su buena aceptación en los motores diesel y su mejora de rendimiento ,ha hecho que se difundieran y llegara a desplazar a los atmosféricos en motores con este ciclo .

Su característica de manejar gran cantidad de volumen de aire , lo hacen muy útil en estas mecánicas diesel donde el exceso de aire no perjudica al ciclo, su nueva adaptación a los motores otto les promete una segunda juventud para estos motores, últimamente olvidados.

Mantiene las prestaciones incluso a elevada altura sobre el nivel del mar sin consumir potencia del motor para su accionamiento y puede usarse para; reducir al contaminación (mejorando el quemado) , para aumentar la potencia , o para ambas cosas a la vez

¿Por qué el mas usado es el turbocompresor?

Lunes, enero 3rd, 2011

El turbocompresor es la forma mas barata de sobrealimentar , ya que aprovecha la energía residual de los gases de escape y se obtiene buenas capacidades de sobrealimentar tanto en bajo caudal como en altos regímenes.

Su buena aceptación en los motores diesel y su mejora de rendimiento ,ha hecho que se difundieran y llegara a desplazar a los atmosféricos en motores con este ciclo .

Su característica de manejar gran cantidad de volumen de aire , lo hacen muy útil en estas mecánicas diesel donde el exceso de aire no perjudica al ciclo, su nueva adaptación a los motores otto les promete una segunda juventud para estos motores, últimamente olvidados.

Mantiene las prestaciones incluso a elevada altura sobre el nivel del mar sin consumir potencia del motor para su accionamiento y puede usarse para; reducir al contaminación (mejorando el quemado) , para aumentar la potencia , o para ambas cosas a la vez

¿Por qué algunos fabricantes usan compresores volumétricos?

Lunes, enero 3rd, 2011

Su presión de sobrealimentación no es muy elevada y se mantiene proporcional al régimen de giro, muy pareja en todo el rango de revoluciones.

Su respuesta al acelerador es casi inmediata y aunque consume potencia en su accionamiento ,su curva de par se aproxima a la de un motor atmosférico con mas cilindrada y rozamientos de motor de reducida cilindrada , sin el retraso característico de motores turbos, ni el vacío en bajo régimen.

Existen de distintos tipos:

* Paletas (similar a las bombas de vacío de los motores diesel)
* De lóbulos ,Roots
* De tornillo Elliot
* Compresor G en espiral

Se tienen a montar compresores que no requieran contacto entre las partes móviles ( Roots, Elliot), donde las partes internas del mismo , no lleguen a tocarse con una tolerancia muy estrecha entre ellas, reduciendo así los rozamientos.

Mercedes potencia sus 4 cilindros con compresores de lóbulos Roots para competir con motores de 6L en BMW , con potencias cercanas a 200 cv.

¿Por qué no se aplican mas los comprex , si mejoran las repuesta frente a los turbos?

Lunes, enero 3rd, 2011

Debido a que deben multiplicar el régimen de giro frente al del motor , encuentran una limitación en su aplicación a motores de gasolina por lo que no se deben usar por encima de 5000 rpm para el motor.

Son muy útiles en motores de gasoil debido a su margen estrecho de revoluciones donde el comprex mantiene el par alto en todo el rango , pero su mayor precio condiciona su difusión .

La mejora alcanzada en turbos de geometría variable , han hecho alejar mas la posibilidad de su introducción por su mejora de respuesta en bajas vueltas .

Aunque menor , sigue existiendo en los turbos de geometría variable el vacío cuando el régimen es bajo y sobre todo cuando coincide con pocos gases.

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