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TURBO: preguntas y respuestas (21-30)

 

 
 

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  1. ¿Por qué se usan cojinetes de bronce sinterizado, en turbos pequeños?
  2. ¿Cuántos cojinetes tiene y que disposición ocupa?
  3. ¿Qué esfuerzos soportan cada cojinetes?
  4. ¿Se puede ajustar el volumen de aire a comprimir estrangulando la entrada del compresor?
  5. ¿Qué incidencia tiene las formas del rodete del compresor en el comportamiento del mismo?
  6. ¿Cómo funciona la turbina?
  7. ¿Reduce el ruido la sobrealimentación mediante turbo?
  8. ¿Qué es la válvula de descarga (waste gate)?
  9. ¿Cómo funciona la válvula de descarga?
  10. ¿Cómo se acciona la válvula de descarga?

 

  21. ¿Por qué se usan cojinetes de bronce sinterizado, en turbos pequeños?

Debido a sus condiciones de régimen y tamaño, los cojinetes de bolas presentan problemas de funcionar a determinadas revoluciones, los casquillos, al igual que en el eje del cigüeñal, soportan los esfuerzos mucho mas uniformemente sin limites de revoluciones, por no necesitar girar, ya que es la película de aceite la que soporta el esfuerzo.

El uso de material sinterizado, se hace, para generar en el cojinete un efecto autolubricado, que le permita funcionar en los momentos iniciales sin aceite, el material mantiene el lubricante como si de una esponja se tratara,usándolo de reserva en las etapas de arranque donde el circuito de aceite no esta complemente presurizado.

 22. ¿Cuántos cojinetes tiene y que disposición ocupa?

Los turbo compresores tienes un eje que gira soportado por cojinetes. Como todo eje, se dispone, sobre dos cojinetes que lo soportan sobre la caja del mismo. Estos reciben engrase forzado desde el motor, mediante la presión de la bomba del mismo.

Como el aire entra en el compresor en sentido axial ( en la misma dirección del eje) debiendo cambiar la dirección de los mismos en los alabes del rodete, este cambio de dirección le proporciona un efecto de empuje,que debe ser soportado por un cojinete axial, o cojinete de empuje.

Dicho cojinete axial se dispone normalmente en la zona mas fría ( parte de admisión)

 23. ¿Qué esfuerzos soportan cada cojinetes?

El cojinete axiales soporta el esfuerzo de empuje del aire de admisión .

Los cojinetes radiales soportan los esfuerzos en esta dirección, propio de cualquier maquina que gire, debido a su peso y la vibración por excentricidad que le corresponda.

Los cojinetes radiales, en automoción y todas aquellos motores donde se den cambios en la inclinación de dicho elementos deben compensar también los esfuerzos giroscópicos debidos a un elemento que gira sobre su eje al que se le pretende cambiar la dirección y la resistencia que el mismo opone a ese cambio, de ahí que en los casos de turbos para automoción y marina estos cojinetes trabajen mas que en equipos fijos.

 24. ¿Se puede ajustar el volumen de aire a comprimir estrangulando la entrada del compresor?

En el diseño del compresor se establece un equilibrio entre presión a alcanzar y volumen de gas a comprimir.

Cuando a un régimen determinado, reducimos la aspiración del compresor, disminuyendo su volumen a admitir, esto puede hacer trabajar al compresor en un régimen inadecuado para la carga que lleva ( zona de bombeo), donde ondas de presión pueden llegar a destruir las palas del rodete, en estos momento se escuchan ruidos como si choques internos se estuvieran produciendo.

Para evitarlo, se adecua cada compresor a el caudal mínimo a manejar ( en función de cilindrada y régimen), y no se podrá ajustar el caudal estrangulando la admisión, por debajo de este valor .

 25. ¿Qué incidencia tiene las formas del rodete del compresor en el comportamiento del mismo?

En función de cómo se dispongan las palas del rodete, se obtendrá un gráfico diferente para cada valor de caudal y presión, así como un rendimiento en relación a la potencia absorbida .

Los compresores con palas de salida radial son los mas utilizados por mantener presiones elevadas en un rango amplio de caudales .

El fabricante determinara en cada compresor y para cada motor el que mas se adecue a sus necesidades.

 26. ¿Cómo funciona la turbina?

El rodete de la turbina, tendrá como misión transformar la energía térmica de los gases en energía cinética. Para ello llevará a cabo una expansión de los mismos, por lo que se enfriaran y aceleraran .

Posterior mente aprovechan la energía cinética que han adquirido, para que la cedan sobre los alabes del rodete de la turbina, de esta forma conseguirán el moviendo de este.

Esta doble misión de expandir,acelerar los gases y comunicar el movimiento de los mismos, puede separarse en dos fases.

Por un lado podemos acelerarlo,reduciendo la sección de paso, de igual modo que lo hacemos en una manguera, cuando queremos alcanzar mayor longitud con el fluido que sale de las misma ( estrechando la boca) y haciendo entrar posteriormente el fluido acelerado en el rodete, aprovechando este la energía mediante el cambio de dirección en la salida de los gases, de igual modo, a como un molino gira cuando recibe un caudal de aire determinado, por la disposición de sus aspas..

O bien generando la expansión en el mismo rodete, por el estrechamiento de paso de sus alabes y la aceleración de los gases la cual induce sobre los mismos alabes el movimiento de reacción .

Trasladándonos a la manguera; cuando estrechamos la boca, notamos el esfuerzo que debemos hacer para soportar la reacción en la boca de la misma, ( similar a la de el liquido que sale de ella en dirección contraria)

Esto es lo que se conoce como turbinas de acción y de reacción .

Existen turbina puras de acción, donde la aceleración de los gases se hace antes de entrar en el rodete ( en la parte fija o distribuidor), pero no existen turbinas puras de reacción, esta siempre reparten el efecto de reacción entre distribuidor ( parte fija en el caracol del turbo) y rodete (parte móvil del eje ) .

Las turbinas de acción no son aptas para recibir impulso intermitentes, del modo que se producen en los cilindros del motor, por lo que los turbos serán turbinas de reacción .

El grado de reparto que se haga en la transformación de energía entre distribuidor y rodete, hará diferentes los turbos entre si, e impedirá intercambiar rodetes entre maquinas soplantes de diseños diferentes, por mucho que tengan el mismo tamaño.

 27. ¿Reduce el ruido la sobrealimentación mediante turbo?

La expansión de los gases en la turbina, les reduce el nivel de decibelios con que llegarían a la salida del escape, esto se aprecia mejor en motores diesel y en cargas grandes.

Por otro lado el giro de los alabes al pasar los mismos por delante de la boca se salida da como resultado una pulsación de determinada frecuencia, en función del número de alabes y de las revoluciones del rotor, silbido muy característico de estos elementos que crece en función del régimen del mismo.

En el caso del motor diesel, el quemado mas progresivo, conforme el combustible entra en la cámara, sin acumulación, ni retrasos; reduce el efecto típico de golpeteo del diesel; por lo que el nivel de ruido general se reduce .

 28. ¿Qué es la válvula de descarga (waste gate)?

En motores grandes de poco régimen de giro, puede montarse un tubo que se acople en su caudal con el consumo de aire del motor, por lo que pueden llegar a armonizarse.

Pero en un motor pequeño, de régimen y carga variable los gases del escape, generan en la turbina caudales muy variables.

Dado que estos motores llegaba a valores de régimen superiores a 4000 rpm y manejan turbos muy pequeños ( por su evidente ventaja)puede darse el caso que lleguen a valores de giro y caudales muy superiores a las necesidades y capacidad del motor. Generando sobrepresiones en la admisión .

Con la idea de dar elasticidad a los motores turbos, surge la necesidad de que los turbos comiencen a soplar desde carga y regímenes muy bajos, agudizándose la sobrepresión en alto régimen. Para evitarlo y a su vez mantener los valores de presión elevados en la mayor parte del régimen del motor se invento la válvula de descarga .

La citada válvula permite montar un turbo que proporcione el soplado adecuado a un régimen suficientemente bajo, evitando que suba excesivamente cuando la carga y revoluciones sobre el motor aumentan el volumen de gases de escape, mediante la derivación de los gases que accionan la turbina, bypaseando esta.

De esta forma se pueden rebajar considerablemente la relación de compresión en motores Otto, y reducir el riesgo de picado .

Existe cierta tendencia a confundir la EGR ( válvula de recirculación de gases ) con la válvula de descarga, la EGR, recircula gases de escape hacia la admisión, con el fin de rebajar la emisión de NO x ( óxidos nítricos ).

 29. ¿Cómo funciona la válvula de descarga?

La función de reducir la presión de los gases de admisión y evitar el daño de una sobrepresión, se puede llevar a cabo de dos maneras:

  1. Derivando los gases de escape que salen del motor, haciendo que no atraviese la turbina, de esta manera se evita que transforme sus energía térmica en energía cinética, esto reduce el rendimiento del compresor, pero considerando que el accionamiento es "gratis" no importa excesivamente la perdida de rendimiento .
  2. Puede situarse la válvula en el colector de admisión derivando a la aspiración del turbo el exceso de presión .

Este segundo sistema no esta muy extendido, siendo el de bypasear los gases de escape el mas utilizado .

Derivando o cortocircuitando la turbina haciendo que parte de los gases no la atraviese se reduce la carga de trabajo de el turbo en caso de no precisarse, evitando calentar innecesariamente los gases de admisión y descargando de trabajo al turbo cuando su acción no es tan necesaria.

 30. ¿Cómo se acciona la válvula de descarga?

Tradicionalmente esta válvula se acciona mediante un pulmón, con la propia sobrepresión del colector, la cual debe vencer la tensión de un muelle ( tarado del turbo ) que abrirá la válvula de derivación .

Actualmente se está extendiendo, el accionamiento eléctrico ( con un motor sobre la citada valvula) desde la centralita de inyección, sobre todo en motores con 2 turbos,de forma que se puedan sincronizar mas adecuadamente la presión en ambas turbinas .

 

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