Turbocompresor
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Turbocompresor corte longitudinal
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, aunque también se usan en estaciones distribuidoras de gas natural para enviarlo por gasoductos.
En algunos países, la carga impositva 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.
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[editar] Funcionamiento
En automoción, el turbocompresor consiste en una turbina movida por los gases de escape en cuyo eje hay un compresor centrífugo que toma el aire a presión atmosférica antes o después de pasar por el filtro de aire y luego lo comprime antes de introducirlo en los cilindros. Este aumento de la presión de la carga consigue introducir en el cilindro un mayor volumen de mezcla (carga combustible) que el volumen actual del cilindro permitiría a presión atmosférica, obteniendo el motor más potencia que un motor atmosférico de cilindrada equivalente.
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).
Como la energía utilizada para comprimir el aire de admisión proviene de los gases de escape, este sistema no resta potencia al motor a diferencia de otros como los sistemas con compresor mecánico (sistemas en los que el compresor es accionado por una polea conectada al cigüeñal).
[editar] Utilización en distinto tipos de motores
[editar] Diésel
En los motores diésel el turbocompresor está más difundido debido a que un motor diésel trabaja por autoencendido, es decir, el combustible 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.
[editar] Gasolina
En los motores a gasolina, normalmente de inyección indirecta, el combustible se inyecta en el paso entre el turbocompresor y la cámara de combustión (multiple de admisión). En un motor diésel de inyección directa, se introduce el combustible directamente en la cámara de combustión al finalizar la fase de compresión cuando la carga de aire ha alcanzado su mayor temperatura.
En los motores a gasolina, en cambio, se debe reducir la relación de compresión para evitar el autoencendido. Esto produce una disminución del rendimiento (para el mismo consumo se obtiene menos energía), con lo que el consumo es más alto que en un motor atmosférico, incluso cuando no se demanda mucha potencia. Para mitigar este problema, la marca Saab ha ideado un sistema de compresión variable, mediante el cual se consiguen 225 CV en un motor de 1.6 L con un consumo normal de un 1.6.
Debido a que los motores a gasolina incorporan una “mariposa”, la cual regula la cantidad de mezcla a ingresar en los cilindros, es necesaria la utilización de una válvula adicional llamada “blow-off”. Al cerrar la mariposa en forma repentina la presión en las cañerias aumenta y el caudal se reduce drasticamente, estos factores llevan a al turbocompresor a un area de trabajo inestable conocida como “surge” que de no ser evitada daña el turbo compresor. Para evitarla la blow-off libera parte del aire proveniente del turbocompresor. Las blow-off pueden recirculan el exceso de presión a la entrada de la admisión (en este caso se llaman válvulas “diverter” o “desviadora”) y válvulas blow-off propiamente dichas que descargan la presión al exterior produciendo un sonido característico.
[editar] Intercooler
El aire al ser comprimido, se calienta y pierde densidad,es decir en un mismo volumen tenemos menos masa de aire, por lo tanto es capaz de quemar menos combustible y en consecuencia se genera menos potencia. Ademas al aumentar la temperatura de admision aumenta el peligro de pistoneo o picado y se reduce la vida útil de muchos componentes por exceso de temperatura.
Para disminuir esta problematica se interpone entre el turbocompresor y la admision un “intercambiador de calor” o “intercooler”. Este sistema reduce la temperatura del aire, con lo que se recupera la densidad del aire.
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 el cual puede ser refrigerado por un radiador o en algunas aplicaciones con hielo en un deposito ubicado en el interior del coche
- Criogenicos: se enfria la mezcla mediante la evaporación de un gas sobre un intercambiador aire/aire para todos los motores sirve el gas natural.
[editar] 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.
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 mas energía que combinándolo con un compresor mecanico movido por el motor.
El sistema acompañado por un compresor mecanico ha tenido muy buenos resultado en prestaciones y consumo en el motor TSI de VW.
[editar] 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.
[editar] 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 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.
[editar] Véase también
- Compresión variable
- Tipo de compresores mecánicos
- Monografico sobre los compresores
- Pagina dedidicada a la sobrealimentacion de motores
- [http://www.forocoches.com/foro/showpost.php?s=afa272248158bab28a9de890eef0d61b&p=7355660&postcount=20 I
nformación sobre el turbo eléctrico] y 2