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Asunto

Preguntas, sobre turbocompresores:

1.- que sistemas conoce usted, para el control de aire en un compresor de acuerdo a las necesidades.

Supongo que cuando se refiere a " control de aire", se refiere realmente al control de presión, ya que un turbo controla, no el caudal de aire que mete al motor, sino la presión en el colector que es un equilibrio entre el caudal impulsado por el soplante y el aspirado por el propio motor.

Los turbocompresores usan el criterio de control mediante la presión en el colector, con este parámetro de presión los turbos tiene distintas formas de controlar su soplado.

  1. Mediante el empleo de válvulas de descarga WASTE –GATE
  2. Mediante el empleo de válvulas de alivio DUMP

Dichas válvulas controlan la presión actuando en dos conductos diferentes, aunque siempre usan el parámetro de presión de colector de admisión.

  1. En las válvulas de descarga, se bypasea los gases de escape que llegan la turbina, con lo que esta proporciona menos régimen de giro al compresor, es el sistema mas empleado en automoción.
  2. El empleo de válvulas de alivio o DUMP, consiste en recircular o aliviar el exceso de caudal de aire en el colector de aspiración de manera que no llegue a entrar al motor, este sistema realmente se emplea en motores de gasolina por la sobrepresión inicial que se produce en estos motores cuando se cierra prematuramente la mariposa del acelerador con el turbo soplando, sin embargo este sistema es plenamente valido para controlar la presión en el colector, con la ventaja de que mantiene el turbo girando y disponible para entrega de potencia

2.- con el sistema de turboalimentación se aprovechan tres parámetros importantes en el motor: cual son?

  1. La energía residual de los gases de escape (en forma de presión y temperatura), que se aprovecha para mover la turbina
  2. El aumento de la presión máxima en el ciclo y temperatura máxima en el ciclo, que aumenta en rendimiento
  3. Un mejor ( y mas suave por el menor retraso de encendido) quemado de combustible por la mayor temperatura inicial de la cámara en la inyección ( aplicado a diesel).

Podríamos añadir que se reducen los rozamientos del motor, al proporcionar mayor potencia especifica por cilindrada .

Se reduce el volumen del motor a igualdad de potencia, con lo que implica de menor tiempo de calentamiento y dinero en la fabricación

3.- con un análisis interpretativo en un motor especifico, como puede justificar el uso de un turbocompresor.

El turbo ayuda a mejorar el ciclo termodinámico del motor aprovechando la energía de los gases de escape, para llenar mejor la cámara, consiguiendo con ello aumentar la presión y temperatura finales y mejorando el rendimiento del ciclo.

El único problema que la sobrealimentación puede presentar, es el exceso de calor que debe evacuarse mediante el sistema de refrigeración, una lubricación extra que debe preverse para el eje del turbocompresor y los mayores parámetros de presión y temperatura que soportarán las piezas internas del motor.

En un motor de ciclo Otto el empleo de un turbo debe venir acompañado de una rebaja en la relación de compresión para evitar la detonación, el empleo de una cámara de combustión hemisférica siempre es una ventaja añadida en este caso.

Un motor que disponga de un buen sistema de refrigeración, no tenga puntos débiles en culata ( defectos sabidos de otras reparaciones), que disponga de un buen sistema de lubricación o con posibilidad de ampliar el mismo, una estructura mecánica capaz de soportar los mayores esfuerzos que deberá soportar y preferiblemente de carrera larga, por su menor tamaño de la cámara de combustión y menos esfuerzo de palanca en el brazo de cigüeñal, son unas buenas característica que permitan la sobrealimentación de un motor determinado

4.- demasiado humo negro por el tubo de escape en un motor petrolero, la falla es por que? y como se puede corregui?

Un exceso de gasoil o mala pulverización del mismo.

Verificar ( en un motor turboalimentado) que no hay perdidas de presión en el colector por fugas en el mismo

Verificar el tarado de los inyectores

Verificar el correcto funcionamiento del regulador de la bomba

Verificar el caudal de la bomba y su calado con el motor

5.- en que consiste la prueba de caida de una tobera?

Hemos de decir que dicha pregunta nos ha generado duda, puesto que hablamos de inyectores diesel, entendemos que se refiere a la caída de presión en un inyector o en la tobera del mismo y será la parte que desarrollaremos, pero no podemos dejar de pensar que se puede referir a la curva de caída de presión a lo largo de una tobera la cual tiene importancia a la hora de diseñar la forma de la misma según las velocidades alcanzadas en la misma.

Una tobera es un convertidor de energía que transforma presión en velocidad, dicha convención se realiza de forma secuencial a lo largo de la sección del tubo por donde discurre el fluido, la gráfica de Presión en ordenadas y de velocidad en abscisas nos da idea del rendimiento de dicho conducto o tobera, pudiendo adoptar formas reduciendo la sección o aumentándola de manera que se reduzca los rozamiento y se aumente el rendimiento de dicha tobera.

La caída de presión de un inyector es la gráfica que nos da el estado del inyector para un caudal de suministro determinado y nos garantiza su buen estado de apertura y tiempo de inyección.

En la inyección a través de la tobera del inyector se pueden definir varios valores Pa ( presión de apertura) Pmax ( presión máxima de inyección) Pmin ( presión mínima de inyección) y Pr (presión residual).

Cuando se alcanza la presión de apertura, la aguja se levanta y la inyección comienza, la presión de inyección baja por la salida de combustible, hasta ( Pmin) que la continua llegada de combustible la recupera, luego sube hasta el valor de Pmax la cual llega a un equilibro entre el aporte y la derrama a través de la tobera, cuando se finaliza la inyección la presión cae hasta un valor de cierre (Pc), en donde la aguja cierra el paso de caudal a la tobera, quedándose la misma en la presión residual (Pr), dicho valor de presión, es importante que se mantenga fija ya que garantiza que no se vacía el inyector y en la próxima inyección no se pierde caudal en volver a rellenarlo, el valor de la Pc debe ser inferior a Pmin, aunque esta puede ser menor que la Pa, ya que la tobera levantada presenta mayor superficie al fluido de inyección y por lo tanto cuesta menos mantenerla abierta.

La prueba de caída de presión en la tobera o inyector permite determinar si la P min está por debajo de la Pc lo que daría lugar a cierres prematuros, con aperturas posteriores y múltiples, alargaría el tiempo de inyección y lo que es peor no permitiría que se quemará todo el gasoil emitiéndose en el escape como inquemados y con la consabida perdida de rendimiento.

La presión residual, reproduce unas oscilaciones propias de las ondas de presión en los conductos de inyección, la cual no llega a abrir el inyector y nos da idea de la importancia de la longitud de los tramos de los inyectores en la inyección.
Un tarado de inyector debe seguirse de una prueba de caída de presión para comprobar su idoneidad con el caudal proporcionado por la bomba.

6.- las diferencias fundamentales entre un inyector a espiga y otro de orificios esta dado por:

* nomenclatura de codificación

* presión

* forma de chorro

La forma del chorro es diferente en uno de espiga ( donde se forma una corona alrededor de esta) y en las tobera donde se forma un cono

* usos

Es habitual montar inyectores de espiga en motores de inyección indirecta, pero no es obligatorio como tal, su menor coste de fabricación y la existencia de una turbulencia generada en la precamara permite el uso de los mismos con mayor facilidad.

7.- las características de la tobera siguiente son: D-LA-14-T-D-12 +

8.- COMO SE PODRIA CONTROLAR EL CAUDAL DE INYECCCION (A LA ACMARA DE COMBUSTION) EN UNA TOBERA

Modificando el tiempo de inyección, o sea, modificando el volumen inyectado

9.-en donde se sitúa la presión de apertura de los inyectores de espiga?

Los inyectores de espiga abren a una presión que será la suma de la fuerza que ejerce del muelle que soporta la aguja en su cierre, mas el peso de la misma, menos la superficie que la aguja presenta al fluido, estando cerrada, por la presión del fluido a inyectar.

Una vez superado este valor, la aguja se levanta por efecto de la diferencia de fuerzas, para mantener abierto dicho inyector se precisa una presión en el fluido inferior a la presión de apertura, ya que la superficie de la aguja aumenta

10.- en que consiste el angulo de interferencia en una tobera?

11.- cada cuanto tiempo se verifica la presión de inyección y la pulverización, y en que consiste?

El periodo de mantenimiento de los inyectores puede ser muy variables, aunque se recomienda hacerlos cada 10.000 horas de uso y siempre que se monten inyectores o bien se sospeche que su valor de tarado o apertura es defectuoso, por las pruebas de caída de presión o por síntomas en las emisiones del motor.

La prueba de verificación de presión, consiente en presurizar el inyector hasta la presión de apertura y verificar que una vez alcanzada esta la aguja levanta y comienza la inyección por la tobera, el ajuste de presión se hace bien mediante un tornillo en el mismo o bien mediante pastillas calibradas, una vez se comprueba el valor de apertura del inyector se corrige añadiendo o reduciendo el espesor de las arandelas o bien ajustando mediante el tornillo ( según tipo) a la presión requerida, de esa manera en 2 o 3 pruebas obtendremos el tarado del inyector al valor requerido por el fabricante.

Una vez tarado el inyector, o comprobado su presión de inyección debe procederse a verificar su estanqueidad, presurizando unos 15 kg/cm2 por debajo del valor de apertura y verificando que no fuga gasoil.

Una vez tarado y comprobado su estanqueidad, se comprobará su pulverización verificado la apertura del inyector

12.- en que consiste un cojite flotante y cual es su función?

Un cojinete flotante es del tipo usado en los ejes de los turbos, el cual es un casquillo de bronce sinterizado que recibe presión de aceite, dicho casquillo gira libre entre el soporte del eje, en el cuerpo del turbo, y el propio eje del turbo, reduciendo de esta manera las revolucionas relativas respecto de parte fija ( soporte) y parte móvil ( eje).

Considerando que el eje de un turbo gira a mas de 100.000 revoluciones el empleo de cojinetes flotantes permite mantener regímenes de giro relativos del orden de la mitad de los reales, su función es mantener el eje del turbo girando en un eje determinado, evitando el contacto entre eje y soporte, como característica mas típica, en eje de turbos, mencionar la diferencia de esfuerzos que soportan los eje de turbo estático frente a los ejes de turbo de automoción, ya que los de automoción se ven mucho mas exigidos en su función al tener que compensar también el efecto giroscópico del giro del eje, turbo y compresor en cada cambio de dirección del vehículo.

13.- para un correcto funcionamiento de un turbocompresor se debe tener en cuenta:

El perfecto equilibrado del eje, rodete de turbina y del compresor.

Correcta lubricación del eje, con suficiente caudal de aceite de llegada y vía de desagüe.

Una correcta evacuación del calor, mediante el funcionamiento sin carga durante unos minutos, una vez haya estado funcionando con gases muy calientes

Evitar estrangular mucho la aspiración del mismo, evitando entrar en una zona de perdida de bombeo

14.- en que consiste un turbocompresor variable?

Es aquel en donde el salto de presión a velocidad del fluido motriz se hace en dos partes definidas:

  1. alabes móviles del distribuidor
  2. alabes fijos del rodete.

Modificando el ángulo de los alabes en el distribuidor, generamos el salto de presión a velocidad en mayor o menor medida, permitiendo que se aprovechen mejor la energía de los gases de escape

La posibilidad de reducir el rendimiento de las toberas formadas entre los alabes del distribuidor, nos permite no tener que disponer de válvula de descarga, ya que en caso de no precisar caudal de aire en el compresor, se modifican los alabes variables para que los gases de escape atraviesen el rodete de la turbina con mas energía y menos velocidad, escapando de esta con mas energía, de esta manera nos ahorramos la válvula de descarga, aunque su principal ventaja está en su mejor rendimiento con bajo caudales de gases de escape

15.- en cuanto reduce la temperatura el intercooler?

Este valor es variable, y dependerá básicamente de tres factores.

  1. Temperatura externa, usada como foco frío
  2. Temperatura del foco caliente, la cual depende del grado de compresión del turbo
  3. Rendimiento del intercooler, en función del tamaño, forma posición y caudal de aire.

Lo normal es que la admisión se comprima entre 1,5 y 1,8 bar y la temperatura de admisión suba por encima e 80 º C ( aunque para hacer los calculo se deban usar grados kelvin)

El intercooler rebaja esta temperatura hasta unos 40º C, usando un foco frío de 30 ºC, por lo que podríamos decir que un intercooler rebaja la temperatura entre ½ y un 1/3 de la inicial, dependiendo de los 3 factores inicialmente expuestos.

16.- para conseguir una combustión eficiente se requiere grandes cantidades de oxigeno. para un litro de combustible cuantos litros de aire se requiere?

La reacción química del carbono y del hidrogeno con el oxigeno, durante la combustiones es:

C+ O2 = CO2 + calor y 2 H2 + O2 = 2H2O + calor

12+ 32 44 4 32 36

Si cada 12 kilos de carbono necesitan 32 de oxigeno, 1 kilo de carbono necesita 32/12 = 8/3 kg . de la misma manera 1 kg de hidrogeno requiere 32/4 = 8 kg de oxigeno.

Si C y H representan el tanto por uno en peso del carbono y del hidrogeno respectivamente, existentes en 1 kg de combustible, el oxigeno que precisa dicho kg sería: 8/3 C+8 H

Teniendo en cuenta que la proporción en peso del oxigeno y del nitrógeno en el aire es de 23,2% de O2 y 76,8 % de N2, cada litro de combustible necesita:

En kilos

100/23,2 x 8 ( C/3 +H) = 34,48(C/3+H)

En kilomoles

34,48/28,96(C/3+H) = 1,19(C/3+H)

Para la gasolina con una composición media de C=0,856 y H=0,144

14,76 kg de aire ó o,5 kmol de aire

Para el gas oil composición media C=0,86; H =0,12;

14,05 kg de aire ó 0,485 kmol de aire se llama coeficiente de aire lambda, al cociente entre el peso real del are utilizado en la combustión y el peso mínimo requerido lambda = Greal/G min.

Cuando lambda = 1 se hablará de mezcla estequimétrica; cuando lambda > 1 será mezcla pobre ( exceso de airea) y cuando lambda< 1 será mezcla rica.

En un motor otto la lambda están entre 1,05 y 1,15 en un diesel están entre 1,2 y 1,8, el mayor exceso de aire en diesel se debe a la menor homogeneización de la mezcla por el poco tiempo disponible, la mejora de los sistema de inyección han reducido esta proporción y mejorado con ello rendimiento y prestaciones

17.- que condiciones se debe tener presente en el sistema de lubricación, cuando el vehículo esta equipado con turbocompresor?

En primer lugar que el turbo requiere una alimentación continua de aceite mientras está en marcha e incluso nada mas parar el motor, por la inercia del mismo y por el calor que mantiene .

La lubricación a las partes altas del motor debería de reforzarse, mediante chorros de aceite al fondo de los pistones, de manera que el exceso de calor generado en la combustión no se trasforme en mayores temperaturas de los pistones.

El aceite igualmente debe ser de una calidad superior y ser capaz de mantener las condiciones de lubricación de forma adecuadas.

El eje del turbo, será uno de los focos mas calientes y donde el aceite deberá extraer mayor cantidad de calor, al ser ( normalmente) el único fluido refrigerante del mismo, por lo tanto el caudal de aceite no solo se fijará en base a la lubricación, sino también a la refrigeración del mismo.

18.- es factible la utilización del turbocompresor en un motor a gasolina?

Si, pero se debe tener la precaución de rebajar la relación de compresión y a ser posible disponer de un sensor de detonación, para evitar la misma y el posible picado de bielas, actualmente en el mercado existen varios fabricante que disponen de motores como estos, Saab se ha distinguido por tenerlos siempre dentro de su gama, la ventaja del turbo es claramente manifiesta en diesel, sin casi ninguna desventaja, en gasolina dicha aplicación es posible y muy de agradecer por un aporte de par en medios, pero considerando el posible problema de la detonación y su vigilancia.

19 .- la salida de los gases de escape de la turbina se realiza ebn forma axial o radial?

La salida se realiza de forma radial y la entrada de forma radial ( normalmente), de ahí la importancia de disponer de un cojinete axial que absorba el esfuerzo del cambio de dirección del fluido

20.- en que consiste el juego radial y axial en un turbocompresor?

El juego radial es la "holgura" que exigen en el eje del turbosoplante con sus cojinetes radiales, de manera que se absorban las irregularidades de giro del eje, apoyándose el mismo en la película de aceite que se forma,, esta tiene unos limites mínimos, para absorber dilataciones y máximo, que habría vibrar y oscilar el eje del turbo, se deben comprobar regularmente y después de cada trabajo, por si existe un desgaste en los cojinetes

El juego axial, es el huelgo existente en el eje en sentido axial, se absorbe por la película de aceite que se forma en el cojinete axial, el cual absorbe el cambio de dirección del fluido propulsor del turbo, de entrada axial y salida radial, dicho empuje no siempre se compensa con el mismo efecto, pero contraría, que genera el flujo de airé soplado de la admisión y debe absorberse por dicho cojinete, debe comprobarse para verificar que no existe deterioro del cojinete axial, tiene un máximo y un mínimo que depende del tamaño del turbo, dicho valor se ve afectada por la temperatura del eje del turbo, cuyo gradiente es muy alto, dado las diferencia de temperatura entre fluidos aspirados y expulsados y la corta distancia que los separa.

21.- en que consiste el cojinete de soporte?

Para nosotros, técnicamente son los cojinetes radiales que soportan el eje en su giro, de los que han hablado en una pregunta anterior.

22.- en que consiste el parámetro de relación de presión igual a 1.85?

Es la presión relativa de sobrealimentación que existe en el colector de admisión, provocado por la sobrealimentación, el turbo se tara mediante su válvula de descarga, para que limite su soplado a 1,85 bar, de esta manera la presión de admisión del motor se suministra con esta presión de alimentación ( un 85% mayor de presión)y su llenado sube, mejorando la entrega de potencia y su rendimiento, en la fórmula de cálculo del rendimiento dicho factor tiene incidencia en la presión inicial del ciclo de compresión, como en el porcentaje de aire ( comburente que entra en la cámara ) por lo que se puede decir que la entrega de potencia será prácticamente proporcional a un aumento de dicho valor.

 

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