Funcionamiento Del Convertidor De Torsion

CONVERTIDOR DE TORSION 1.- ¿Qué es un fluido? Existen en la naturaleza fundamentalmente tres estados: Sólido, Líquido y Gaseoso, del estado solido se encarga su estudio a la mecánica del sólido rígido y de los otros 2 estados se encarga su estudio a la mecánica de fluidos, porque ambos se consideran fluidos. Un fluido es una sustancia o medio contino con baja cohesión intermolecular y que se deforma continuamente en el tiempo ante la aplicación de una fuerza tangencial sin importar la magnitud de ésta. Seguramente la característica más importante de los fluidos es su viscosidad, que es la oposición de un fluido a las deformaciones tangenciales. Cuanto más pesado es un fluido, se dice que es más viscoso, de forma que p.e. el aire tiene una baja viscosidad y los aceites tiene una viscosidad mucho más alta. La mayonesa que comentaba un compañero en otro mensaje tendría una viscosidad tan alta que casi se acerca a la de un sólido. Los fluidos se utilizan mucho en la ingeniería para transmitir energías en función de su viscosidad, como p.e a las Turbinas de los pantanos que se mueven gracias a la energía cinética del fluido agua que es transmitida cuando choca contra los alabes de la Turbina, o a los molinos de viento gracias a la energía cinética del fluido viento. 2.- ¿Qué es un embrague? Cuando se quiere solidarizar el giro entre dos elementos que no pueden estar siempre unidos, en cuyo caso se soldarían o amarrarían con tuercas, existen dos tipos de conexiones que podamos realizar: Acoplamiento mecánico a través de p.e. un embrague de fricción que es el sistema que se suele utilizar en las cajas de cambio manuales. Acoplamiento hidroneumático a través p.e de un fluido en lo que se denomina embrague hidráulico y que es el sistema que se suele utilizar en las cajas de cambio automáticas, aunque no siempre. Como queremos explicar el funcionamiento del convertidor de par, nos centraremos en el funcionamiento del segundo tipo de acoplamiento, pues es el que se utiliza en dicho dispositivo.

2.- Embrague hidráulico 2.1.- Características: El embrague hidráulico que mas tarde evolucionara llamándose convertidor de par, actúa como embrague automático entre el motor y la caja de cambios que, como ya hemos comentado en estos casos, suele ser automática o semiautomática. Dicho embrague permite que el motor gire al ralentí (en vacío) y además transmite el par motor cuando el conductor acelera. El embregue hidráulico está constituido fundamentalmente por dos

piezas: Impulsor o Bomba y Turbina Un Impulsor o Bomba es un dispositivo cuyo funcionamiento consiste en transmitir una cierta energía cinética a un fluido, impulsándolo a través de un volumen y con una determinada velocidad. Una Turbina es un dispositivo cuyo funcionamiento consiste en recibir un fluido en movimiento y transformar la energía cinética del fluido en energía mecánica de rotación. Para comprender bien este principio se puede poner el ejemplo de dos ventiladores (figura inferior) colocados uno frente al otro. El ventilador (1), conectado a la red, mueve el aire y lo proyecta como impulsor o Bomba sobre el otro ventilador (2) que está sin conectar; éste último, al recibir el aire que es el fluido, se pone a girar como una Turbina.

Está constituido, como puede verse en la figura inferior, por dos coronas giratorias (Bomba y Turbina) que tienen forma de semitoroide geométrico y están provistas de unos tabiques planos, llamados alabes. Una de ellas, llamada Impulsor o Bomba, va unida al árbol motor por medio de tornillos, la otra, unida al primario de la caja de cambios con giro libre en el volante, constituye la Turbina. Ambas coronas van alojadas en una carcasa estanca llena de aceite viscoso y están separadas por un pequeño espacio para que no se produzca rozamiento entre ellas.

2.2.- Funcionamiento: Cuando el motor gira, el aceite contenido en la carcasa es impulsado por la Bomba, proyectándose por su periferia hacia la Turbina, en cuyos alabes incide paralelamente al eje. La energía cinética del aceite que choca contra los alabes de la Turbina, produce en ella una fuerza que tiende a hacerla girar. Marcha lenta o ralentí: a esta velocidad el volante motor mueve la Bomba con muy poca fuerza y la energía cinética del aceite es pequeña y la fuerza transmitida a la Turbina es insuficiente para vencer el par resistente. En estas condiciones, hay un resbalamiento total entre Bomba y Turbina con lo que la Turbina permanece inmóvil. Régimen bajo o medio: a medida que aumentan las revoluciones del volante motor, el torbellino de aceite se va haciendo más consistente, incidiendo con más fuerza sobre los alabes de la Turbina. Esta acción vence al par resistente y hace girar la Turbina, mientras se verifica un resbalamiento de aceite entre Bomba y Turbina que supone el acoplamiento progresivo del embrague. La velocidad de la Bomba sigue siendo superior a la de la Turbina. Régimen medio alto: a medida que el volante motor gira más rápidamente desarrollando su par máximo, el aceite es impulsado con gran fuerza en la Turbina y ésta es arrastrada a gran velocidad sin que exista apenas resbalamiento entre ambas (éste suele ser de un 2 % aproximadamente con par de transmisión máximo. En la imagen posterior vemos el detalle de un embrague hidráulico que gracias a la pieza amarilla es también un convertidor de par

3.- Convertidor de par 3.1.- Características: El acoplamiento hidráulico descrito en el párrafo anterior, crearía un gran desperdicio de energía si en el diseño no se tienen en cuenta las fuerzas hidráulicas entre la Bomba, el fluido y la Turbina. El convertidor de par tiene un funcionamiento que se asemeja al de un embrague hidráulico pero posee una diferencia fundamental, y es que el convertidor es capaz de aumentar por sí sólo el par del motor y transmitirlo gracias a un dispositivo denominado Reactor que permite organizar mejor el flujo del fluido que viene de devuelto por la Turbina, y contribuyendo a incrementar el par en la Bomba. 3.2.- Funcionamiento: Al girar la Bomba accionada directamente por el movimiento del cigüeñal, el aceite se impulsa hasta la rueda Turbina. A la salida de ésta el aceite tropieza con los alabes del Reactor que tienen una curvatura opuesta a los de las ruedas de Bomba y Turbina. Esta corriente de aceite empuja al reactor en un giro de sentido contrario al de la Bomba y la Turbina y como esta diseñado para no poder realizar ese giro, se transmite a través del aceite sobre la Bomba. El par adicional que se produce por reacción desde el reactor sobre la Bomba y que a su vez es transmitido de nuevo sobre la Turbina.

Cuanto mayor sea la diferencia de giro entre Turbina y Bomba mayor será la diferencia de par entre la entrada y la salida del convertidor, llegando a ser a la salida hasta dos veces superior. Conforme disminuye la diferencia de velocidad va disminuyendo la desviación de la corriente de aceite y por lo tanto el empuje adicional sobre la Turbina con lo que la relación de par entre salida y entrada va disminuyendo progresivamente. Cuando las velocidades de giro de Turbina e impulsor se igualan, el reactor gira incluso en su mismo sentido sin producirse ningún empuje adicional de forma que la transmisión de par no se ve aumentada comportándose el convertidor como un embrague hidráulico convencional. A esta situación se le llama "punto de embrague" En este dibujo se aprecia perfectamente el flujo del fluido y su incidencia en los alabes de la Bomba, la Turbina y el Reactor.

4.- Cosillas interesantes que ahora se pueden explicar: 4.1.- ¿Porqué no se cala? El par motor se transmite íntegro a la transmisión de embrague, cualquiera que sea el par resistente y, de esta forma, aunque se acelere rápidamente desde ralentí, el movimiento del vehículo se produce progresivamente, existiendo un resbalamiento que disminuye a medida que la fuerza cinética va venciendo al par resistente. Al subir una pendiente, la velocidad del vehículo disminuye por aumentar el par resistente, pero el motor continúa desarrollando su par máximo a costa de un mayor resbalamiento, con lo que no hay riesgo de que el motor se cale. 4.2.- ¿Porqué los cambios automáticos retienen menos que los manuales?

Desde un punto de visto estricto, se debería decir que el embrague hidráulico retiene menos que el embrague seco, puesto que el problema está aquí y no en la caja de cambios, aunque ya hemos visto que una cosa lleva a la otra. Cuando al descender por una pendiente, levantamos el pie del acelerador con el objetivo de que el motor retenga al vehículo, la transmisión arrastra la Turbina que empieza a girar más rápidamente que la Bomba (llevamos el motor al ralentí), por lo que se produce un cambio de papeles y la Turbina actúa como Bomba y la Bomba como Turbina, pero lógicamente teniendo en cuenta las características técnicas de quienes no han sido diseñados para optimizar esos papeles circunstanciales. En esta situación la Turbina es incapaz de transmitir eficazmente a la Bomba y por tanto al cigüeñal la fuerza de la transmisión y el motor no ejercita todo el freno motor que en el caso de un embrague de friccion podría llegar a ejercitar.

4.3.- ¿Porqué los cambios automáticos consumen más? El problema vuelve a estar en que el embrague hidráulico tiene una inevitable pérdida de energía por deslizamiento del aceite en su acoplamiento para obtener el par máximo, los vehículos equipados con este tipo de embrague consumen algo más de combustible que los equipados con un embrague de fricción.

4.4.- ¿Porqué los cambios manuales no suelen llevar embrague hidráulico? No sirve para su acoplamiento a una caja de cambios normal, es decir, de engranes paralelos porque aun funcionando a ralentí, cuando el resbalamiento es máximo, la Turbina está sometida a una fuerza de empuje que, aunque no la haga girar por ser mayor el par resistente, actúa sobre los dientes de los engranajes y no permite la maniobra del cambio de velocidades. 4.5.- ¿Ventajas e inconvenientes de los embragues hidráulicos? Este tipo de embrague presenta los inconvenientes: 1. Mayor consumo entorno al 10% 2. Perdida entorno del 2% de la potencia y par generados por el motor 3. Menor retención en bajadas. Como contrapartida de estos inconvenientes, la utilización del embrague hidráulico presenta las siguientes ventajas: 1. Ausencia de desgaste y por lo tanto duración ilimitada, incluso mucho mayor que la vida útil del vehículo. 2. Las vibraciones por torsión en la transmisión están fuertemente amortiguadas, cualidad muy importante para su utilización en los motores Diesel.

3. No cala el motor y garantiza un arranque muy suave, debido a la progresividad en el deslizamiento 4. Bajo coste de entretenimiento, no exigiendo más atención que el cambio periódico de aceite cada unos 25 000 km.